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Physique

     

    Cinquième : La matière

     

    Q                  A-L’eau dans notre environnement-Leçon

    Objectifs

    Démarches d’investigation :

     

    ● L'eau est partout présente autour de nous. Comment circule-t-elle et se transforme-t-elle dans la nature?

    ● La Terre est appelée «La planète bLeue». Pourquoi ? Est-ce là que ce trouve toute L'eau de La Terre ?

     

    I-L’eau dans notre environnement


    1-Analyse de documents  

    ● L'eau de la mer, chauffée par le Soleil, s'évapore; la vapeur d'eau monte dans le ciel où elle se liquéfie donnant des gouttes formant les nuages. Le vent pousse les nuages vers la Terre.

     

    ● Certaines gouttes d'eau tombent sous forme de pluie, d'autres, s'il fait assez froid, se solidifient et tombent sous forme de neige.

     

    ● Les eaux de pluie, et les eaux provenant de la fonte des neiges ou des glaciers, ruissellent et forment des rivières, puis des fleuves.

    Puis l'eau des fleuves se jette dans la mer. Ce cycle se répète toujours et toujours...

     


     
     

    2-L'hydrosphère

    ● L’ensemble des réserves d'eau de la Terre est appelé l'hydrosphère.

    Toute l'eau de la Terre ne se trouve pas que dans les mers et les océans : il y a autour de nous des lacs, des rivières, des fleuves, des glaciers.

     

    ● Le volume de l'hydrosphère est d'environ 1,4 milliards de km3 répartis en cinq réservoirs.

    Atmosphère (0,001 %)  Lacs et rivières (0,01 %) Eaux souterraines (0,6%) Calottes glaciaires et glaciers (2,1%) Océans et mers (97,2%)

     

    ● On constate que l'eau douce nécessaire à la vie est rare car elle n'est disponible que dans les eaux sou­terraines, les rivières et les lacs.

     

    3-l'eau dans tous ses états

    a-L'eau à L'état Liquide

    L'eau des mers ou l'eau des sources se trouve dans un état très familier: L'état Liquide.

     

    b-L'eau à L'état soLide

    De l'eau liquide mise au congélateur se transforme en glace: L'état soLide.

     

    c-L'eau à L'état gazeux

    L'eau dans l'air sous un état invisible: la vapeur d'eau. La vapeur d'eau est à l'état gazeux.

     

    4-Le cycle de L'eau :

    ● L’eau de la mer s’évapore sous l’effet de la chaleur du Soleil ; le vent favorise cette évaporation. En s’élevant, la vapeur d’eau, gaz invisible, se refroidit et se liquéfie en fines gouttelettes qui forment les nuages.

    ● L’eau des nuages retombe sur la Terre sous forme de pluie, de grêle ou de neige (précipitations).

    ● L’eau s’infiltre dans le sol et forme les nappes phréatiques.

    ● L’eau de ruissellement alimente les fleuves qui se jettent dans la mer.

     

    5-Conclusion :

    ● L’eau, partie de la mer et des océans, y revient après avoir décrit un cycle et avoir subi des changements d’état physique.

     L'eau est le principal constituant des êtres vivants.

    Le corps humain est composé, en moyenne, de 70 % d'eau: un enfant de 10 kg est donc composé d'environ 7 kg d'eau.

     

    II- Le test de reconnaissance de l’eau

     

    1-Expérience :

    Préparation du sulfate de cuivre :

    Le port des lunettes est obligatoire.

    ● Le sulfate de cuivre vendu dans le commerce est bleu. II est dit hydraté, ce qui signifie qu’il contient de l’eau.

    ● Avant de pouvoir l’utiliser, il faut donc éliminer l’eau qu’il contient par évaporation.

     

    2- Interprétation :

    ● Les cristaux bleus de sulfate de cuivre contiennent de l’eau. Ces cristaux sont du sulfate de cuivre hydratéLorsque ces cristaux sont chauffés, ils libèrent de l'eau et se transforment en une poudreblanche : le sulfate de cuivre anhydre (qui signifie sans eau).

    ● Le sulfate de cuivre anhydre, de couleur blanche, redevient du sulfate de cuivre hydraté, de couleur bleue, au contact de l’eau.

     

    3- Conclusion :

    ● Le test de reconnaissance de l’eau est réalisé avec le sulfate de cuivre anhydre, blanc, qui devient bleu au contact de l’eau.

     

     

     

     

    III- L’eau dans différents milieux

    1-Expérience :

    ● Dépose du sulfate de cuivre anhydre dans quatre coupelles.

    Verse dans chacune de ces coupelles quelques gouttes de lait, de limonade, de vinaigre blanc et de white-spirit.

    ● Recommence l'expérience avec des aliments en déposant du sulfate  de cuivre anhydre sur un morceau de pomme, de pain et de sucre.


    2-Observation :
     

    Substance

    lait

    limonade

    vinaigre

    white-spirit

    pomme

    pain

    sucre

    Couleur

    bleue

    bleue

    bleue

    blanche

    bleue

    bleue

    blanche

     

    3-Interprétation :

    ● Le lait, la limonade, le vinaigre blanc, la pomme et le pain, qui bleuissent le sulfate de cuivre anhydre, contiennent de l’eau.

    ● Le white-spirit, l’huile et le sucre, qui ne bleuissent pas le sulfate de cuivre anhydre, ne contiennent pas d’eau.

     

    4-Conclusion :

    ● Toutes les boissons et la plupart des aliments contiennent de l’eau. Certains liquides ne contiennent pas d’eau.

     

    Thème de convergence

    Météorologie et climatologie

     

    Q                   B-Mélanges aqueux-Leçon


    Objectifs

    Démarches d’investigation :

     

    ● Après un violent orage, l’eau des rivières est boueuse. Comment la rendre limpide?

    ● Comment récupérer et identifier le gaz contenu dans une boisson gazeuse?

     

    I- Obtenir une eau limpide


    1- La décantation

     

    a- Les mélanges homogènes

     ● Observons un verre de menthe à l'eau: on ne distingue pas les constituants.

    Cette boisson est un mélange homogène.

     

    b- Les mélanges hétérogènes

    ● Versons dans un verre de l'eau boueuse dans un verre à pied.

    nous observons des particules en suspension.

    C’est un mélange hétérogène.

     

     

    ● Laissons la reposer

    ● On observe un dépôt au fond du tube à essai après avoir laissé reposer l’eau boueuse. Le liquide versé dans le verre à pied est moins boueux. Les particules solides se déposent au fond du récipient.

     

    c-Conclusion :

    ● Un mélange est dit homogène lorsqu'on ne peut pas dis­tinguer ses constituants à l'œil nu

    ● Observée à l’œil nu, l’eau boueuse comporte des particules solides en suspension : c’est un mélange hétérogène.

    ● En laissant reposer le liquide, une partie des particules solides tombe au fond du récipient : c’est la décantation.

    ● La décantation permet de séparer des constituants d’un mélange hétérogène.

     

    2-La filtration

     

    a- Expérience :

     

    ● Verse le contenu du verre à pied dans le filtre en papier placé sur un entonnoir

            

    b-Observation :

     

    ● Après avoir versé le contenu du verre à pied dans l’entonnoir, on observe un dépôt solide sur le filtre

     

    ● Le liquide obtenu dans l’erlenmeyer est limpide.

     

      c-Conclusion :

      ● En versant le liquide sur un filtre, les particules en suspension sont retenues par le filtre tandis que le liquide la traverse :   c’est  la filtrationLe liquide obtenu, appelé filtrat, est coloré ; il contient donc des substances qui sont passées à travers le filtre. C’est un mélange homogène, car on n’y distingue pas de particules visibles à l’œil nu.

     

    ● La filtration permet d’obtenir un mélange homogène à partir d’un mélange hétérogène.

     

    II- Recueillir le gaz dissous dans une boisson.

    ● Lorsque l'on verse une boisson gazeuse, on observe des bulles de gaz. Comment recueillir ce gaz?

     

    1-Expérience :

     

     

    Le gaz dissous dans la boisson pétillante peut être recueilli par déplacement d'eau.

     
     

    ● Le dégazage s'accélère si nous agitons la bouteille ou si nous la chauffons légèrement.

     
    ● Le gaz recueilli est incolore et inodore

    2-Observation :

    ● Lorsque l’on agite la bouteille, on observe des bulles de gaz qui montent à la surface du liquide.

    ● Des bulles de gaz sortent du tube à dégagement et montent dans le tube à essai initialement rempli d’eau. Le niveau de l’eau baisse dans le tube à essai.

    ● Pour accélérer et obtenir un dégagement gazeux plus important, on peut agiter davantage ou élever la température en plaçant, par exemple, la bouteille de boisson gazeuse dans un chauffe-ballon.

     

    3-Interprétation :

    ● Le gaz qui s’échappe de la bouteille monte dans le tube à essai et prend la place de l’eau. L’eau déplacée va dans le cristallisoir.

    ● Cette technique est appelée recueil d’un gaz par déplacement d’eau.

    ● L’élévation de la température permet d’obtenir un dégagement plus rapide et plus important de gaz : les gaz sont moins solubles dans l’eau à une température plus élevée.

     

    4-Conclusion :

    ● Une boisson gazeuse contient un gaz dissous.

    ● Ce gaz peut-être recueilli par déplacement d’eau.

     

    III- Identifier le gaz dissous

     

    1-Expérience :

     

    ● Tu disposes d'eau de chaux dans un verre à pied.

    ● Souffle dans l'eau de chaux avec une paille. Qu'observes-tu?

    L’air expiré barbote dans l'eau de chaux.

    Elle se trouble. Ceci constitue le test de reconnaissance du dioxyde de carbone.

     

    2-Observation :

    ● L’air expiré provoque un trouble blanchâtre dans l’eau de chaux.

    ● Lorsque l’on verse de l’eau de l’eau de chaux limpide dans un tube à essai contenant le gaz recueilli, on observe un trouble blanc qui apparaît en agitant le tube.

    ● le gaz dissous dans la limonade est du dioxyde de carbone. L’eau de chaux se trouble

     

    3-Interprétation :

    ● L’eau de chaux se trouble en présence du gaz de dioxyde de carbone (gaz carbonique).

     

    ● Ce gaz est présent dans l’air expiré. Les boissons gazeuses contiennent du dioxyde de carbone dissous. 

     

    4-Conclusion :

    ● Les boissons pétillantes contiennent toutes du dioxyde de carbone dissous.

    ● Le gaz dioxyde de carbone peut être identifié par le test à l’eau de chaux.

     

    Thème de convergence

    Développement durable

    Les stations

     

    Q                   C-Mélanges homogènes et corps purs-Leçon


    Objectifs 

    Démarches d’investigation :

     

    ● Tu as peut-être déjà remarqué qu’autour des robinets et sur les éviers il y avait souvent un dépôt blanc. D’où provient-il? L’eau du robinet est-elle pure?

    ● L'eau que nous buvons est transparente et limpide, mais est-elle pure?

    ● Les bassins des marais salants sont remplis d'eau de mer. Au bout de plusieurs mois, on récupère le sel qui est l'un des constituants de l'eau de mer.

     

    I- Des solides dissous dans l’eau

    Observation d'une étiquette d'eau minérale

     

    ● Elle nous renseigne sur la nature et la quantité des substan­ces dissoutes.

    ● Nous pouvons aussi lire la masse de résidu sec obtenu par évaporation complète d'un litre de cette eau

     

     

    Substances

    Hydrogénocarbonate

    Chlorure

    Sulfate 

    Nitrate

    Magnésium

    Sodium

    Calcium

    Teneur (mg/L)

     

     

     

     

     

     

     

     

                                                

    Remarque

    ● Certaines eaux minérales aromatisées sont colorées. Cette coloration peut être naturelle,mais souvent un ou plusieurs colorants alimentaires ont été ajoutés.

     

    1- Expérience :

    ● Verse un peu d'eau du robinet dans un bécher. Porte le liquide à ébullition jusqu'à vaporisation complète de l'eau.

    Que remarques-tu au fond du bécher ? Le résidu solide après vaporisation de l'eau.

    ● Laissons pendant une semaine une soucoupe contenant de l'eau minérale à l'air libre. L'eau s'est évaporée.

    Après évaporation de l'eau minérale, on obtient un résidu solide et blanchâtre: des substances sont donc dissoutes dans l'eau minérale.

             

    2- Observation :

    ● Après vaporisation de l’eau, on observe un dépôt blanc à l’intérieur du bécher.

     

    3- Interprétation :

    ● Ce dépôt blanc provient de substances dissoutes dans l’eau, inobservables à l’œil nu et appelées sels minéraux. L’eau du robinet, limpide et transparente, est un mélange homogène : elle n’est pas pure.

    ● Lors de l’ébullition, seule l’eau est vaporisée, alors que les sels minéraux se déposent.

     

    4- Conclusion :

    ● Un liquide pur ne contient pas d’autre matière que lui-même.

    ● L’eau du robinet est un mélange qui contient des sels minéraux dissous.

    ● L’apparence homogène d’une substance ne suffit pas pour savoir si c’est un corps pur.

     

    II- Obtenir de l’eau pure

     

    L'eau minérale n'est pas un corps pur: comment obte­nir de l'eau pure à partir d'une eau minérale?

     
    1- Expérience : 

     

    ● Réalise le montage suivant. Fais circuler de l'eau froide dans le réfrigérant.

     

    ● Verse de l'eau du robinet dans le ballon et fais la bouillir jusqu'à sa vaporisation complète.

     

    ● Récupère le liquide, appelé distillat, qui s'écoule du réfrigérant.

     

    ● Laissons évaporer complètement le distillat. Nous n'observons qu'une trace infime de résidu dans la soucoupe.

     

    Le distillat ne contient quasiment plus de substances dissoutes.


    2- Observation :

    ● L’eau du robinet, contenue dans le ballon, bout et son niveau baisse. A la fin, il reste un résidu solide sur les parois.

    ● Des gouttes sortent du réfrigérant et tombent dans le bécher. Si on verse une goutte de distillat sur du sulfate de cuivre anhydre, il devient bleu.

    ● Si l’on fait bouillir le distillat, on n’observe pas de dépôt après vaporisation complète du liquide.

     

    3- Interprétation :

    ● Le test au sulfate de cuivre montre que le distillat est bien de l’eau : c’est de l’eau distillée.

    ● Puisqu’il n’y a pas de dépôt après vaporisation complète, l’eau distillée ne contient pas de solides dissous. Cette eau est pure.

    ● Les sels minéraux, dissous dans l’eau du robinet, mélange homogène, sont restés dans le ballon pour former un résidu solide.

     

    4- Conclusion :

    ● La distillation permet de séparer les différents constituants d’un mélange homogène.

    ● L’eau distillée, qui ne contient pas de substances dissoutes, est de l’eau pure : c’est un corps pur.

     

    III- Analyse d’un mélange homogène par chromatographie

     

    ● En mélangeant de la peinture jaune et de la peinture bleue, on obtient de la peinture verte. L'encre verte d'un feutre est-elle un mélange d'encre jaune et d'encre bleue?

     

    1- Expérience :

    ● Verse de l'eau dans un bécher sur une hauteur de 1 cm environ.

    ● Découpe une bande de papier-filtre de dimensions 2 cm x 8 cm.

    ● À l'aide d'un feutre, fais une tache verte, à 2 cm du bord inférieur de la bande de papier

    ● Suspends le papier avec un bâtonnet de sorte que le bas du papier trempe dans l'eau.

    ● Attendre 15 minutes puis retirer le papier du bécher. Laisser sécher.

     

     

    2- Observation :

    ● L’eau monte le long du papier-filtre, entraînant la tache d’encre qui se sépare en une tache jaune et une tache bleue à des vitesses différentes.

     

    3- Interprétation :

     

    ● La tache jaune est de l’encre jaune ; la tache bleue est de l’encre bleue.

    ● L’eau, qui monte le long du papier-filtre en entraînant les encres, est appelée ainsi l’éluant. Celles-ci se déplacent à des vitesses différentes et, ainsi, se séparent.

    ● L’encre verte est un mélange homogène d’encre jaune et d’encre bleue.

    ● Cette expérience est appelée une chromatographie.

     

    4- Conclusion :

    ● La chromatographie est une technique de séparation des constituants d’un mélange homogène.

     

    Thème de convergence

    Développement durable

     

    Q                   D-Les états de la matière-Leçon

     

    Objectifs

    Démarches d’investigation :

    ● L’eau d’un lac, la glace et la vapeur d’eau sont une même matière dans trois états différents. Comment différencier ces états?

    ● Selon la température, l'eau apparaît dans la nature sous différents états.

                                                               

    I- Les trois états physiques de l’eau

     

    1- l'état liquide

    Il existe, d'autres liquides que l'eau: le vinai­gré, l'alcool, l'huile, l'essence...
     

    1. La forme

    ● De l'eau colorée est transvasée d'un verre à pied dans un bêcher.

     

    ● En coulant d'un récipient dans l'autre, cette eau, insaisis­sable avec les doigts, change de forme: elle avait La forme du verre à pied, elle a maintenant celle du bécher.

     

    ● Un liquide ne possède pas de forme propre: il prend la forme du récipient dans lequel il se trouve.

     

    2. La surface Libre

    ● Observons attentivement la surface libre d'un liquide au repos, c'est-à-dire sa surface de contact avec l'air.

    Cette surface est plane et possède une direction bien parti­culière : elle est horizontale.

     

    ● Le fil à plomb étant vertical, le petit côté de l'équerre est donc horizontal.

    L’eau liquide coule.

     

    La surface libre de l'eau au repos est plane et horizontale (perpendiculaire à la verticale donnée par le fil à plomb).

     

     


     

    2- l'état solide

    ● Un glaçon et un morceau de bois, objets qu'on peut prendre en main, sont placés successivement dans deux récipients différents: ils gardent Leur forme.

     

    ● Un solide ne change pas de forme en changeant de récipient. Un solide possède une forme propre.


    REMARQUES:

    -Il existe des solides durs indéformables (pou­trelles d'acier), d'autres sont cassants (verre), déformables (ressort) ou même mous (pâte à modeler).

    -Le sucre en poudre ou la farine peuvent cou­ler mais leur surface libre n'est pas naturellement horizon­tale: ce sont des solides pulvérisés.

     

    3- l'état gazeux

     
    a-L'existence des gaz

    ● Chauffe de l'eau liquide dans un bécher surmonté d'un gant.

    Le gant se gonfle lors de l’ébullition de l’eau dans le bécher.

    La vapeur d’eau gonfle le gant : elle occupe tout le volume offert.

    ● Plaçons un ballon de baudruche dégonflé sur le goulot d'un flacon «vide» constitué de plastique souple. Appuyons sur le flacon: le ballon se gonfle. Le flacon n'était pas vide: il contenait une matière à L'état gazeux, L'air.

     

    b-Le caractère compressible et expansible des gaz

     

    Expérience 1

    ● De l'air est enfermé dans une seringue dont on bouche l'extrémité.

    ● En appuyant sur le piston de la seringue, on diminue le volume du gaz: on le comprime.

    ● En poussant sur le piston de la seringue, on augmente le volume du gaz : on le détend.

     

     

    Expérience 2

    ● Un petit grain de diiode ( solide gris brillant ) très légèrement chauffé

    ● Il se transforme en un gaz de couleur rose qui envahit tout le ballon.


     

    c-Conclusion

    Les gaz n'ont pas de forme propre: ils sont compressi­bles et aussi expansibles.

    Ils occupent tout l'espace disponible.

     

    II-Volume, masse et température 

     
    1-Le volume
     
    a-Les unités

    L'unité légale de volume est le mètre cube (m3), mais pour les liquides, on utilise couramment une autre unité : le litre (L ou l).

    Les correspondances entre unités sont les suivantes :

    1 m3 = 1 000 L

    1 dm3 (décimètre cube) = 1 L

    1 cm3 (centimètre cube) = 1 mL (millilitre)
     

    Unités de capacité

    kL

    hL

    daL

    L

    dL

    cL

    mL

    Unités de volume

    m3

     

    dm3

     

    cm3

     

    b-Mesure d’un volume

     Le volume correspond à la place prise par une substance qu'elle soit liquide, solide ou gazeuse.

      Il faut utiliser un appareil de mesure. Il en existe plusieurs, mais le plus courant est l'éprouvette graduée.

    La surface libre du liquide est courbée. Cette surface en courbe est appelée

    ménisque. Pour mesurer le volume du liquide, il faut lire la graduation indiquée par le bas du ménisque.

     

    Il existe bien d'autres récipients qui permettent de mesurer un volume : les béchers, les erlenmeyers, etc.

     

    Pour mesurer un volume donné, on utilise également des récipients jaugés qui ont un repère indiquant un volume bien déterminé.

     
    2-La masse
     
    a-Les unités

    L'unité légale de masse est le kilogramme (kg) ; toutefois, pour les mesures de masses inférieures au kilogramme, on utilise souvent le gramme (g) qui vaut 0, 001 kg.

     
    b-Mesure d’une masse

    Pour mesurer une masse, il faut utiliser une balance. Réalisons une mesure avec cet appareil.

    ● Dans un premier temps, le récipient vide est placé sur la balance. Puis on remet la balance à zéro : c'est la tare. On verse ensuite dans le récipient 200 mL d'eau. La masse de ce volume d'eau se lit alors directement sur la balance.

     

    ● Résultat :

    on obtient une masse de 200 g, ce qui signifie qu'1 L d'eau a une masse de 1 000 g, soit 1 kg ou encore qu'1 mL (1 cm3) a une masse de 1 g.

    On dit que la masse volumique de l'eau est de 1 g/cm3 (ou 1 kg/dm3).

     
    3-La température

     

    Pour mesurer une température, on utilise un thermomètre dans lequel un liquide coloré se dilate plus ou moins. La température se lit sur la graduation gravée sur le verre.

     

    L'unité courante de température est le degré centigrade, également nommé degré Celsius (°C). Ce n'est toutefois pas l'unité légale, qui est le kelvin (K). Ce dernier n'est utilisé que par les scientifiques et jamais dans la vie courante.

     

     

    III- Les changements d’état

    ● Au cours de l’année les paysages changent. En hiver, les montagnes se recouvrent de neige les lacs gèlent. Au printemps la neige fond ainsi que la glace qui recouvre les lacs. Quelle est la cause des changements d’état de l’eau

     
    1- Expérience : Les changements d'état
     
    Expérience 1

    ● Chauffe de la glace contenue dans un tube à essai pour obtenir de l'eau liquide.

    ● Place ensuite le tube à essai dans un mélange réfrigérant.

    ● Un mélange réfrigérant est un mélange de glace pilée et de sel.

     

    Il permet d'obtenir des basses températures (ici - 8 °C).

     

     
     

    Expérience 2

    ● Chauffe de l'eau dans un ballon.

    ● Place une soucoupe froide au-dessus du ballon quand l'eau bout. Comment nomme-t-on les changements d'état observés?

     

    Des gouttelettes d'eau se forment sur une soucoupe froide lorsque l'eau bout dans le ballon.

    La rosée provient de la liquéfaction de la vapeur d'eau contenue dans l'air et qui s'est refroidie pendant la nuit

     

    2- Observation :

    En chauffant de la glace, on obtient de l’eau liquide. En refroidissant de l’eau liquide, on obtient de la glace.

    En chauffant de l’eau liquide, on obtient de la vapeur d’eau. Il se forme de l’eau liquide sur la coupelle froide.

     

    3- Interprétation :

     

    ● La transformation de l’eau solide (glace) en eau liquide s’appelle une fusion et celle de l’eau liquide en eau solide s’appelle une solidification.

     

    ● La transformation de l’eau liquide en vapeur (gaz) s’appelle une vaporisation et celle de l’eau vapeur en eau liquide est une liquéfaction.

     

    ● Une vaporisation s’observe par ébullition, lorsque l’eau bout ou par évaporation lorsqu’elle ne bout pas.

     
     

     

     

     

     

      

     

    ● Les changements d’état de l’eau sont inversibles, car l’eau peut passer d’un état à un autre et revenir à l’état de départ.

    4- Conclusion :
     

    ● En chauffant ou en refroidissant un corps, on peut le faire changer d’état.

    ● Ces changements d’état sont réversibles.
     

    IV- Masse et volume de l’eau pendant un changement d’état

     

    Une bouteille en verre, remplie d'eau et bouchée, éclate lorsqu'elle est placée dans un congélateur.

    L'eau solide occupe-t-elle plus de place que l'eau liquide? Est-elle plus lourde?

     
    1- Expérience :

    ● Dans un congélateur, place une éprouvette graduée contenant 1000 ml d'eau liquide.

    ● Après solidification, sors l'éprouvette et repère le niveau de la glace

    ● Pèse l'éprouvette graduée contenant de la glace et laisse-la se réchauffer

    ● Pèse l'éprouvette après fusion de la glace.

    ● Note le niveau de l'eau.

     

    ●  Compare le volume de la glace à celui de l'eau liquide obtenue.

    ● L’indication de la balance a-t-elle changé après la fusion de la glace?

    ● Quelle est la masse de 1000 ml d'eau? Déduis-en la masse de 1 L d'eau.                        1 L = 1 dm3= 1 000 ml

    la masse d'un litre d'eau liquide est égale à un kilogramme (kg).

     

    2- Observation :

    Après fusion de la glace :

    ● La masse de la glace est égale à la masse de l’eau liquide ;

    ● Le niveau de l’eau liquide dans l’éprouvette graduée est plus bas que le niveau de la glace.

     

    3- Interprétation :

    ● L’eau occupe un volume plus grand à l’état solide qu’à l’état liquide.

    ● Lorsque la glace fond dans l’éprouvette en donnant de l’eau liquide, la masse ne varie pas.

    ● La masse d’un litre d’eau liquide (1dm3) est égale à un kilogramme.

     

    4- Conclusion :

    ● La masse d’un corps ne varie pas pendant un changement d’état.

    ● Lorsque l’eau se solidifie, son volume augmente. Le volume d’un corps varie pendant un changement d’état.

    ● Un litre d’eau liquide a une masse d’un kilogramme.

     

    Thème de convergence

    Météorologie et climatologie

     

    Q                   E-Etudes des changements d’état-Leçon

     

    Objectifs

     

    Démarches d’investigation :

     

    ● Comment varie la température de l’eau lorsqu’on la chauffe ou lorsqu’on la refroidit?

    ● Lorsque l’on chauffe un solide en général sa température augmente. Dans quel cas n’augmente-t-elle pas ?

    Au printemps, lors du dégel, on peut observer la formation de magnifiques stalactites de glace.

    ● Certains matins d'hiver, L'eau des flaques est «gelée» puis la glace fond au cours de la journée. Comment s'appellent ces changements d'état? À quelle température se produisent-ils? Provoquent-ils des changements de masse et de volume?

     

    I- Étude de la fusion

     
    1- Expérience :

    ● Verse de la glace pilée dans un tube à essai et places un thermomètre et un agitateur.

    ● Plonge le tube dans un ballon contenant de l'eau chaude et déclenche le chronomètre.

    ● Tout en agitant, relève la température toutes les minutes.

     

    2- La représentation graphique

    ● Porte ces valeurs dans un tableau puis trace le graphique montrant l'évolution de la température en fonction du temps.
     

    Temps t (min)

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    9

    Température T (°C)

    3- Observation :

     
    la glace
    ● Lorsque l’on chauffe la glace, sa température augmente. A 0°C, les premières gouttes d’eau liquide apparaissent. La température reste constante et égale à 0°C pendant toute la fusion de la glace. Lorsque toute la glace s’est transformée en eau liquide, la température augmente à nouveau.
     

    le cyclohexane

    ● Lorsque l’on chauffe le cyclohexane, sa température augmente. A 6°C, les premières gouttes de cyclohexane liquide apparaissent. La température reste constante et égale à 6°C pendant toute la fusion du cyclohexane. Lorsque tout le cyclohexane est devenu liquide, la température augmente à nouveau.

     

    4- Conclusion :

    ● La fusion de la glace s’effectue à la température constante de 0°C. La courbe de fusion de l’eau présente unpalier à 0°C.

    ● La fusion du cyclohexane solide s’effectue à la température constante de 6°C. La courbe de fusion du cyclohexane présente un palier à 6°C.

     

    II- Étude de la solidification

    ● Lorsque l'on refroidit un liquide, en général, sa température diminue. Dans quel cas ne diminue-t-elle pas?

     

    1-Expérience :

    ● Verse de l'eau distillée dans un tube à essai et places-y un thermomètre et un agitateur.

    ● Plonge le tube dans un mélange réfrigérant et déclenche le chronomètre.

    Tout en agitant, relève la température toutes les minutes.

    ● Porte ces valeurs dans un tableau puis trace le graphique montrant l'évolution de la température en fonction du temps.

    ● Recommence l'expérience avec de l'eau salée. Qu'observes-tu?

     

    2- La représentation graphique
    À intervalles de temps t réguLiers, tout en L'agitant, on relève La température d'une eau distillée en train de se solidifier
     

    Temps t (min)

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    9

    10

    Température T

    (°C)

    15

    13

    8

    2

    0

    0

    0

    0

    -1

    -2

    -4

     

    3- Observation :
     

    l'eau

    ● Lorsque l’on refroidit l’eau, la température diminue. A 0°C, des cristaux de glace apparaissent. La température reste constante et égale à 0°C pendant toute la solidification de l’eau. Elle diminue à nouveau lorsque toute l’eau liquide s’est transformée en glace.

     

    l'eau salée.

    ● Lorsque l’on refroidit l’eau salée, la température diminue. Des cristaux de glace apparaissent à une température inférieure à 0°C. La température diminue pendant toute la solidification.

     

    4- Conclusion :

    ● La fusion et la solidification de l’eau pure se produisent à la même température de 0°C. Les courbes de fusion et de solidification de l’eau pure présentent un palier à 0°C.

    ● L’eau salée, mélange de sel et d’eau, n’est pas un corps pur ; sa courbe de solidification ne présente pas de palier.

    ● Le changement d’état d’un corps pur s’effectue à une température constante. Cette température permet d’identifier le corps pur.

     

    REMARQUE:

    Lors de la fusion des solides, le volume de matière ne dimi­nue pas mais augmente.

    L'eau est un cas exceptionnel.

     

    III- Étude de l’ébullition

     

    ● Lorsque l’on chauffe de l’eau sa température augmente. Augmente-elle encore lorsque I’eau bout? L’eau bout-elle toujours à la même température?

    1- L'ébullition sous La pression atmosphérique

    Expérience :

    ● L'air exerce une pression sur tous les objets qui nous entourent: c'est la pression atmosphérique. Elle se mesure avec un baromètre.

     

    ● Place un ballon contenant de l'eau distillée dans un chauffe-ballon.

    Relève la température toutes les deux minutes puis trace le graphique montrant l'évolution de la température de l'eau en fonction du temps.

    Qu'observes-tu?

     

    Observation :

    ● La température de l’eau augmente progressivement, de petites bulles s’échappent. Ce sont des bulles d’air dissous.

    ● Lorsque la température atteint 100°C, de grosses bulles se forment au sein du liquide et éclatent à la surface. Ce sont des bulles de vapeur d’eau car le niveau de l’eau diminue dans le ballon.

    ● Lors de l’ébullition, la température ne varie pas.

     

    La représentation graphique

    À intervalles de temps t réguliers, on relève la température e d'une eau distillée en train de chauffer

    On releve la température toutes les minutes jusqu'à ébullition de l'eau.
     

    Temps t (min)

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    9

    Température T (°C)

    20

    24

    34

    46

    58

    70

    82

    91

    98

    100

     

    2-L'ébullition sous pression réduite
     
    Expérience :

    ● Relie une fiole à vide, contenant  de l'eau à 80°C, à une trompe à eau.

    ● Ferme la fiole avec un bouchon traversé par un thermomètre et un capteur de pression. Mesure la pression.

    ● Mets en marche la trompe à eau pour diminuer la pression.

    Note les valeurs de la température et de la pression. Qu'observes-tu?

     

    Observation :

    ● La trom­pe à eau crée une diminution de la pression dans la fiole.

    ● La pression dans la fiole, avant la mise en marche de la trompe à eau, est de 1013 hectopascals (symbole hPa), valeur de la pression atmosphérique normale (pression exercée par l’air au niveau de la mer).

    ● Lorsque la pression atteint 470 hectopascals, l’eau bout à la température de 80°C.

     

    3-L'ébullition sous une pression supérieure à La pression atmosphérique

    Dans une cocotte-minute bien fermée, la pression est supérieure à la pression atmosphérique à cause de la vapeur d'eau créée. L'eau bout alors à une tempéra­ture supérieure à 100 °C, ce qui accélère la cuisson des aliments.

               

    4- Conclusion :

    ● L’ébullition de l’eau est une vaporisation qui s’effectue à une température constante de 100°C, sous la pression atmosphérique normale.

    ● La température d’ébullition dépend de la pression : elle diminue lorsque la pression diminue.

    Exemple : en montagne, au sommet du Mont-Blanc, l'eau bout à environ 80°C.

     

    ● L'ébullition de l'eau salée

    Reprenons l'expérience précédente avec de l'eau salée.

     

    Carte d'identité de l'eau

    Nom: eau

    État à 20°C: liquide

    Température d'ébullition à La pression atmosphérique normaLe: 100°C

    Température de soLidification: 0°C

    Masse d'un Litre: 1 kg

    CouLeur: aucune

    Odeur: aucune

    Saveur: aucune

    Test: bleuit le sulfate de cuivre anhydre Propriété particulière: excellent solvant

    Ne contient pas de substances dissoutes, est de l’eau pure : c’est un corps pur.

     

    Thème de convergence

    Développement durable

     

    Q                   F-L’eau solvant-Leçon

     

    Objectifs

    Démarches d’investigation :

     

    ● Sur certains pots de peinture, il est précisé que les outils peuvent être nettoyés avec de l'eau. Tous les liquides se mélangent-ils avec l'eau?

    ● Les stalactites et les stalagmites proviennent du calcaire dissous dans les eaux d'infiltration.

     

    I- Dissolution de solides dans l’eau

     

    ● Les étiquettes d’eaux minérales mentionnent la présence de substances dissoutes.

    Peut-on dissoudre n’importe quel solide dans eau et en n’importe quelle quantité?

     

    1- Expériences :

    ● Dans différents tubes à essai contenant de l'eau, introduis une pincée de diverses substances: Sel, sable, farine et sucre. Agite.

    ● Note tes observations,

    ● Dans le tube contenant l'eau salée, continue à ajouter du sel et agite

    ● Qu'observes-tu?

     

    2- Observation :

    ● Le sel et le sucre semblent disparaître lorsqu’on les met dans l’eau. Ce n’est pas le cas du sable qui reste au fond du tube et de la farine sui surnage.

    ● Si on continue à ajouter du sel dans le tube d’eau salée, il apparaît alors un dépôt de sel au fond du tube.

     

    3- Interprétation :

    ● Le sel et le sucre, mélangés à l’eau, forment un mélange homogène : ils sont solubles dans l’eau. Le mélange obtenu par dissolution est une solution. Le sucre ou le sel, corps dissous, sont les solutés et l’eau, le solvant.

    ● Le sable et la farine, qui restent visibles, sont insolubles dans l’eau. Ils forment avec l’eau un mélange hétérogène.

    ● L’eau ne peut dissoudre qu’une quantité limitée de sel dans un volume donné d’eau. Lorsque le sel ne se dissout plus et qu’il reste au fond du récipient, la solution est saturée.

     

    4- Conclusion :

    ● L’eau est un solvant capable de dissoudre de nombreux solutés : sucre, sel… Les mélanges homogènes obtenus sont des solutions.

    ● On ne peut pas dissoudre n’importe quelle quantité de soluté dans un volume donné de solvant. A partir d’une certaine quantité de soluté, la solution est saturée.

     

    II- Liquides miscibles ou non miscibles

     

    ● Sur certains pots de peinture, il est précisé que les outils peuvent être nettoyés avec de l'eau. Tous les liquides se mélangent-ils avec l'eau?

     

    1- Expérience :

    Expérience 1

    ● Dans différents tubes à essai contenant de l'eau, verse divers liquides: Huile, vinaigre, white-spirit  et sirop de grenadine.

    ● Agite puis laisse reposer.

    ● Note tes observations.
     

    Expérience 2

    ● Dans un erlenmeyer, verse 20 ml d'eau et 20 ml d'huile.

    ● Bouche l'erlenmeyer et agite.

    ● Transvase ensuite le mélange obtenu dans l'ampoule à décanter et laisse reposer quelques instants.

    2- Observation :

    ● Le vinaigre ou le sirop forme, avec l’eau, un mélange homogène.

    ● L’huile ou le white-spirit forme, avec l’eau, un mélange hétérogène.

    ● L’ampoule à décanter permet de séparer l’eau de l’huile après les avoir laissés reposer. En ouvrant le robinet de l’ampoule à décanter, on fait couler l’eau. On peut alors récupérer l’huile qui reste dans l’ampoule.

     

    3- Interprétation :

    ● Le vinaigre ou le sirop forme, avec l’eau, un mélange homogène, car ces liquides sont miscibles à l’eau.

    ● L’huile ou le white-spirit se séparent de l’eau et forment un mélange hétérogène. Ces deux liquides ne sont pas miscibles à l’eau.

     

    4- Conclusion :

    ● Les liquides miscibles à l’eau forment un mélange homogène avec l’eau.

    ● Les liquides non miscibles à l’eau forment un mélange hétérogène avec l’eau. Une ampoule à décanter permet de séparer des liquides non miscibles.
     

    III- Conservation de la masse

     

    ● Pour préparer un biberon, on mélange 30 g de lait concentré avec 200 g d'eau. La masse du mélange est-elle égale à la somme des masses des substances mélangées?

     

    1- Expérience :

    Expérience 1

     

    ● Sur le plateau d'une balance, place un morceau de sucre et un bécher contenant de l'eau et un agitateur.

    ● Note l'indication de la balance. Mets le sucre dans le bécher.

    ● Dissous le sucre dans l'eau à l'aide de l'agitateur puis laisse celui-ci dans le bécher.

    ● Note tes observations.

    Lors De La Dissolution D'un Morceau De Sucre Dans L'eau, L'indication De La Balance Ne Change Pas.
    Dissolution : La masse totale se conserve.

                        

    Expérience 2

     

    ● Sur le plateau d'une balance, place deux béchers, l'un contenant de l'eau, l'autre du sirop de grenadine.

    ● Note l'indication de la balance.

    ● Verse l'eau dans le bécher contenant la grenadine. Repose le bécher vide sur le plateau.

    ● Recommence l'expérience en utilisant de l'eau et de l'huile.

    ● Note tes observations.

    mélange : La masse totale se conserve.

     

                      
     
     

    2- Observation :

    ● Dans chacune de ces expériences, la masse indiquée par la balance ne change pas.

     

    3- Interprétation :

    ● Lors de la dissolution du sucre dans l’eau, la masse de la solution obtenue est égale à la somme des masses du soluté et du solvant.

    ● Il en est de même lorsqu’on mélange deux liquides, miscibles ou non.

     

    4- Conclusion :

    ● Lors de la dissolution d’un solide dans un liquide ou lors du mélange de deux liquides, il y a conservation de la masse totale  

        

    Thème de convergence

    Développement durable 

     

     


     

     

    Cinquième : électricité


     

    Q                   A-Le circuit électrique-Leçon

    Objectifs

     

    Démarches d’investigation :

    Comment réaliser un circuit qui permet d'éteindre ou d'allumer une lampe?

    Pourquoi un simple dessin ne suffit-il pas pour représenter un circuit électrique?

    Comment réaliser et représenter un circuit électrique simple?

     

    I- Le circuit électrique


    Réalisation d’un circuit électrique simple.

    On veut faire briller une lampe avec une pile.

     

    1- Expérience :

    ● Une pile plate et une lampe, chacune possède deux bornes: ce sont des dipôles.

    ● En reliant les bornes de la lampe à celles de la pile par des fils de connexion, on réalise un circuit électrique fermé: la lampe brille.

    ● En débranchant un fil de connexion, on obtient un cir­cuit électrique ouvert: la lampe est éteinte.
              
    2- Observation :

    ● Lorsqu’un circuit ne comporte pas d’interrupteur, pour éteindre la lampe, il faut débrancher un fil

    ● Un interrupteur, placé dans un circuit, permet d’allumer ou d’éteindre la lampe, sans débrancher un fil.

    ● Sans la pile, la lampe ne brille pas.

     

    3- Interprétation :

    ● Lorsque la lampe s’éclaire, le circuit est fermé et forme une boucle : un courant électrique circule dans le circuit électrique.

    ● Lorsque la lampe est éteinte, le circuit est ouvert : le courant ne circule plus.

    ● La pile est à l’origine du passage du courant : c’est un générateur. Un accumulateur de téléphone portable et une photopile sont aussi des générateurs.

     

    4- Conclusion :

    Un circuit électrique simple ( forme une boucle ) est formé de dipôles : un générateur, un interrupteur, une lampe (ou un moteur…) et des fils de connexion.

    ● Un générateur ( la pile ) est à l’origine du passage du courant.

    ● Un interrupteur permet d’ouvrir ou de fermer un circuit électrique.

     

    II-Schématisation d'un circuit

     

    1- Expérience :

                                Le circuit électrique fermé.      Le circuit électrique ouvert.
                                                     
    ● On réalise le même montage comportant une pile, une lampe et un interrupteur.

    Dessiner le circuit.

    ● Ces dessins sont-ils facilement compréhensibles?

    Que faudrait-il faire pour que le même dessin soit compréhensible par tous?

     

    2- Symboles des appareils électriques

    ● Pour que tout le monde puisse réaliser le même montage quel que soit le matériel utilisé, on :

    schématise le circuit à l'aide de symboles normalisés.

    Les fils de connexion reliant les dipôles sont représentés par des traits rectilignes.

     

    3-Schéma d’un circuit

                                            

    Le circuit électrique est ouvert.        Le circuit électrique est fermé.

                                              
    ● On schématise un circuit électrique en reliant les sym­boles des dipôles par des traits qui matérialisent les fils de connexion.
     

    III-Court-circuit du générateur

    ● De nombreux incendies sont provoqués par des courts-circuits dans des installations électriques.

    ● Qu’est-ce qu’un court-circuit?

     

    1-Expérience :

    ● Tu disposes d'une pile, de fils de connexion et d'un morceau de paille de fer dans une coupelle. . Réalise le circuit ci-dessous:

     

    ● Les extrémités A et B des fils de connexion sont en contact avec la paille de fer.

    -Lors de la fermeture du circuit, la paille de fer rougit, puis brûle.

    -La pile s'échauffe et risque d'être détériorée si l'expérience dure trop longtemps

     

                          
    2-Interprétation :
    ● Les bornes de la pile sont reliées par des fils de connexion et par la paille de fer, sans autre dipôle: la pile est mise en court-circuit.

    ● Le courant est alors très intense: sa circulation provoque un échauf­fement de la paille de fer, puis sa combustion.

    ● Lorsqu'un générateur est mis en court-circuit, les fils de connexion s’échauffent et peuvent provoquer un incendie

     

    3-Observations :

    ● Lorsqu'on branche un fil de connexion entre les bornes d'une lampe  celle-ci s'éteint: le courant passe par le fil de connexion qui offre un passage plus facile

    ● On dit que l'on a mis la lampe en court-circuit.

     

    4-Conclusion :

    ● Un fil de connexion, placé en dérivation entre les bornes d'un dipôle, met ce dipôle en court-circuit.

    La seconde lampe L2 éclaire davantage: le courant devient plus intense dans le circuit.  Lorsqu'on met l'ensemble des deux lampes en court-circuit, celles-ci s'étei­gnent, et la paille de fer brûle.

    Les bornes du générateur sont alors reliées directement par les fils de connexion: le générateur est en court-circuit.

    ● Le courant devient très intense: la paille de fer s'échauffe, rougit et brûle dans l'air.

     

    III-Dangers des courts-circuits

    ● Un court circuit peut se produire accidentellement lorsque les deux fils qui arrivent à un appareil entrent en contact, à la suite de l'usure des gaines isolantes.

    ● Dans une installation domestique, un court-circuit peut entraîner un incendie. En effet le courant devient plus intense dans les fils, et ceux-ci s'échauffent.

     

    Thème de convergence

    Sécurité et énergie
     

     

    Objectifs

    Démarches d’investigation :

    Le courant électrique a-t-il un sens?

    Que se passe-t-il dans un circuit en boucle simple quand l’ordre ou le nombre des dipôles varie?

    Une D.E.L. se branche-f-elle comme une lampe?

     

    I-Le courant électrique a un sens


    1-Expérience :

    ● On réalise un crcuit constitué d'une boucle simple comportant une pile, un moteur et un interrupteur.

    ● Ferme l'interrupteur et repère le sens de rotation du moteur.

    ● Recommence l'expérience en inversant les branchements aux bornes de la pile
                                                            

    2-Observations :

    ● Selon les branchements aux bornes du générateur, l'hélice entraînée par le moteur tourne dans un sens ou dans l'autre.

    ● Le sens du courant électrique dépend donc du sens de branchement du générateur.
     

    3-Interprétation :

    On interprète cela en admettant que dans le circuit le courant électrique a un sens de circulation.

    ● Le générateur possède deux bornes différenciées. L'une, souvent de couleur rouge, est notée +. L'autre est notée -, et de couleur généra­lement noire. Le grand trait du symbole du générateur correspond à la borne.

     

    4-Conclusion :

    ● Par convention, le courant circule, à l'extérieur du générateur, de la borne + vers la borne -.

    Le sens du courant est représenté par une flèche sur le schéma d'un circuit.

     

    II- L’effet d’une diode

    ● Une diode émet de la lumière quand elle est traversée par le courant.

    ● Une diode ne laisse passer le courant que dans un seul sens. Le sens passant correspond au sens de la flèche de son symbole.

     

    1-Expérience :

    ● Réalise le circuit constitué d'une seule boucle: la D.E.L.  est associée à une résistance de protection. Ferme l'interrupteur. Note tes observations.

    ● Inverse les branchements aux bornes de la pile. Que constates-tu?

    Recommence l'expérience en remplaçant la D.E.L. et sa résistance de protection par une lampe.

    ● Compare le fonctionnement d'une lampe à celui d'une D.E.L.

     

    2-Observations :

    ● À l'inverse d'une lampe, la D.E.L. ne brille que pour un seul sens de branchement

    ● La lampe s'éclaire et le moteur tourne. La diode est passante.

    ● La lampe ne s'éclaire pas, le moteur ne tourne pas. La diode est bloquée

    ● Les touches d'un téléphone portable sont éclairées par des D.E.L., qui doivent être correctement branchées

     

    3-Conclusion :

    ● À l'extérieur du générateur, le courant circule de la borne + vers la borne –

    ● Une diode ne laisse passer le courant que dans un sens appelé sens passant.

     

    Thème de convergence

    Sécurité et énergie

     

    Objectifs

    Démarches d’investigation :

    ● Le courant électrique peut-il circuler dans n’importe quel matériau?

    ● Les fils électriques conducteurs sont entourés d'une gaine isolante. Pourquoi ?

    ● Quels matériaux doit-on choisir pour réaliser un circuit électrique?

    Construction d'une ligne haute tension, les isolants en verre isolent électriquement les câbles électriques des pylônes en fer.

     

    I-Distinguer les conducteurs et les isolants

     

    1-Expérience :

     
    ● Réalise le circuit.                                             
    ● Intercale différents objets entre les pinces crocodile.

    ● Pour étudier le cas de l'eau du robinet ou de l'eau salée, remplace les deux pinces crocodile par deux électrodes placées dans un bécher.

    Note l'éclat de la lampe.

    Regroupe tes résultats dans un tableau.

     

    Résultats

    Objets

    Matériaux

    Etat de la lampe

    Conducteurs

    Isolants

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    2-Observations :

    ● La lampe est allumée si les objets sont métalliques ou en graphite. Elle est éteinte s'ils sont en bois, en verre ou en matière plastique.

    ● Si on ne met rien entre les deux fils, la lampe ne s’allume pas.

    ● On remplace la lampe par une D.E.L. : La D.E.L. est allumée avec l'eau du robinet alors que la lampe est éteinte.

     

    3- Interprétation :

    ● Une règle métallique est conductrice; une règle en matière plastique est isolante

    ● L'eau du robinet et le corps humain, constitué essentiellement d'eau sont faiblement conducteurs.

    ● L'interrupteur :

    - fermé, il laisse passer le courant: il se comporte comme un conducteur électrique;

    - ouvert, il ne laisse pas passer le courant: il se comporte comme un isolant électrique.

     

    4-Conclusion :

    ● Les métaux, le graphite et l'eau salée laissent passer le courant électrique: ce sont des bons conducteurs.

    ● La matière plastique, le bois, le verre,l'air, etc., ne laissent pas passer le courant électrique: ce sont des isolants.

     

    II-Chaîne de conducteurs

     

    1-Expérience :

    ● La pile, la D.E.L., la lampe et l'interrupteur sont branchés en boucle simple.

    ● Note tes observations lorsqu’on

      a-Dévisse la lampe :

      b-Revisse la lampe et permute les

      c-Rebranche la D.E.L. dans le sens passant et ouvre l'interrupteur :

    ● Quelles sont les conditions pour que le courant circule dans le circuit?

     

    La lampe et la D.E.L. ne brillent que si :

    -la lampe est correctement vissée;

    -la D.E.L. est branchée dans le sens passant;

    -l'interrupteur est fermé.

     

    2-Observations :

    ● Lorsque la lampe est mal vissée, les parties conductrices du circuit ne sont plus en contact; elles sont séparées par de l'air isolant: le circuit est alors ouvert.

    De la même manière, l'interrupteur ouvert se comporte comme un isolant.

    ● Branchée dans le sens passant, une D.E.L. (ou une autre diode) est conductrice (comme un interrupteur fermé) ; Branchée dans l'autre sens, la diode est isolante (comme un interrupteur ouvert).

    ● Dans une lampe à incandescence en bon état, le filament appartient à une chaîne ininterrompue de conducteurs: plot central-filament-culot.

     

    3-Conclusion :

    ● Pour qu'un courant électrique circule dans un circuit électrique, la chaîne de conducteurs qui le constituent doit être ininterrompue.
     

    Remarque

    ● Une lampe brille lorsque le courant circule entre le plot et le culot, en passant par les tiges en métal et le filament métallique.

    ● Si le filament casse: le courant ne circule plus, la lampe est «grillée».

     

    Thème de convergence

    Sécurité et énergie

     

     

     

    Objectifs

    Démarches d’investigation :

    Qu’est ce qu’un circuit en série ?

    L'ordre des dipôles et leur nombre ont-ils une influence sur leur fonctionnement?

    Objectifs

    Démarches d’investigation :

    Qu’est ce qu’un circuit en série ?

    L'ordre des dipôles et leur nombre ont-ils une influence sur leur fonctionnement?
     

    I-Comment réaliser une boucle?

     

    Circuit en série

    Le circuit

    On souhaite associer deux lampes et un générateur avec le minimum de fils de connexion.

    Pour cela, il faut brancher les dipôles les uns à la suite des autres: on dit que les deux lampes et le généra­teur sont montés en série..

     

    On devisse la lampe.

    Dévissons une des deux lampes: les deux lampes s'éteignent. Le circuit qu'elles forment avec le géné­rateur est ouvert: le courant électrique ne peut plus circuler.

    Lorsqu'un dipôle tombe en panne, les autres cessent de fonctionner.
     

    Montage de deux lampes en série

    Une lampe est dévissée

    Une lampe est court-circuitée

                          

     I-Influence de la position et du nombre de dipôles

     

    1-Expérience :

    ● Circuit constitué d'une seule boucle comportant une pile, une lampe, un moteur, et un interrupteur

    On rajoute une résistance dans le circuit.

    ● Réalise le circuit. Observe l'éclat de la lampe, ainsi que la vitesse de rotation du moteur.

    Mets la lampe à la place du moteur (on dit aussi que l'on permute la lampe et le moteur).

    ● Ajoute une résistance dans le circuit.

     

    2-Observations :

    ● Si on change la lampe de position, son éclat n'est pas modifié et le moteur tourne toujours de la même façon.

    ● Lorsque l'on ajoute la résistance, la lampe brille moins et le moteur tourne moins vite.

    Si on branche deux lampes identiques dans un circuit constitué d'une seule boucle, elles brillent de la même façon.

     

    3-Conclusion :

    Lorsqu'on inverse l'ordre des dipôles dans un circuit en série, leur fonctionnement reste identique.

    Lorsqu'on change le nombre de dipôles dans un circuit en série, leur fonctionnement varie.

     

    Thème de convergence

    Sécurité et énergie 

     

    Objectifs

    Démarches d’investigation :

    ● Tu sais brancher plusieurs dipôles pour réaliser une boucle simple. Existe-t-il d'autres modes de branchements ?

     

    I-Réalisation d'un circuit avec dérivations

     

    Dans une habitation, les lampes sont branchées en dérivation pour qu'on puisse les allumer indépendamment.

    1-Expérience :
     
    Deux lampes en dérivation
           
    Une lampe est dévissée    
     
      Une lampe est court-circuitée
                                
      

    ● Tu disposes d'une pile, de deux  lampes et de fils de connexion.

    Recherche un montage ne comportant pas qu'une seule boucle et permettant aux lampes de briller­

    ● Combien de boucles ce montage comporte-t-il ?

    ● Dans combien de boucles trouve-t-on le générateur?

     

    2-Observations :

    ● Le courant peut circuler de la borne A vers la borne B, à l'extérieur du générateur, par deux chemins possibles● Des lampes «6V» montées en dérivation entre les bornes d'un générateur «6V» éclairent normalement.

    ● Dans l'installation électrique d'une maison, les lampes et les différents appareils sont branchés en dérivation.

     

    3-Conclusion

    ● Deux lampes sont associées en dérivation lorsque l'une d'entre elles est bran­chée entre les bornes de l'autre. On dit aussi qu'elles sont associées « en parallèle ».

    ● Dans un montage en dérivation, si on dévisse une lampe ou si elle «grille », l'autre lampe reste  allumée, car son circuit est toujours fermé.

    ● On peut ainsi commander une seule lampe, à l'aide d'un interrupteur.

    Dans ce circuit, l'interrupteur permet d'éclairer ou d'éteindre la lampe 1, sans éteindre la lampe 2.

    On souhaite réaliser avec le minimum de fils de connexion un circuit électrique comprenant un générateur et deux lampes qui brillent simultanément. Comment doit-on procéder?

     

    Deux lampes peuvent-elles être montées en série sur une seule boude et briller séparément? Manifestement non, car, dans ce cas, si l'une s'éteint, l'autre s'éteint aussi! Alors que faire?

     

    II-Les dangers de l'électrisation

    ● On déplore, chaque année, plusieurs milliers d'accidents corporels par électrisation. En France, une centaine de personnes meurent électrocutées par an.

     

    1-Observations :

    ● Si le personnage touche les deux bornes de la prise, la D.E.L. brille.  Si le personnage touche seulement la borne rouge, la D.E.L. s'allume encore.

    ● Si le personnage touche seulement la borne bleue, la D.E.L. ne s'allume pas.

     

    2- Interprétation :

    ● La D.E.L. brille si le circuit est fermé. Cela se produit lorsque:

    le personnage touche les deux bornes de la prise;

    le personnage touche seulement la borne rouge.

    ● Lorsque le personnage ne touche que la borne bleue, il n'est pas traversé par le courant: le circuit est ouvert.

    ● Le personnage est donc traversé par le courant chaque fois qu'il touche la borne rouge.

     

    3-Conclusion :

    ● Un court circuit peut se produire accidentellement lorsque les deux fils qui arrivent à un appareil entrent en contact, à la suite de l'usure des gaines isolantes.

    ● Dans une installation domestique, un court-circuit peut entraîner un incendie. En effet le courant devient plus intense dans les fils, et ceux-ci s'échauffent.

     

    Remarque:

    lorsque la paille de fer est détruite, le circuit est ouvert, et le courant ne passe plus. La paille de fer joue le rôle de fusible, et évite la détériora­tion du générateur

                  

    Thème de convergence

    Sécurité et énergie
     


     

     

    Cinquième : l'optique

     

    Objectifs

    Démarches d’investigation :

    A quelles conditions peut-on voir un objet?

    ● Dans une pièce obscure tu ne vois rien. Si tu allurnes la lampe, les objets qui t'entourent deviennent visibles. Quel rôle joue la lampe?

     

    I-Sources de lumière


    1-Analyse de documents

    ● Observe le documents. Quels sont: 

      -les objets qui produisent de la lumière ?

      -Les objets qui sont éclairés par une source de lumière?                                            

    2-Interprètation :

    ● La lampe du spot lumineux, la flamme du feu de camp, la coulée de lave incandescente et les étoiles produisent leur propre lumière : ce sont des Sources Primaires de lumière.

    ● L’arbre, les personnes autour du camp et la Lune sont visibles s’ils sont éclairés par une source primaire de lumière. Ils ne produisent pas leur propre lumière ; ils diffusent la lumière qu’ils reçoivent : ce sont des Objets Diffusants.

     

    3-Conclusion :

    ● Il existe deux types de sources de lumière :

    les sources primaires qui produisent leur propre lumière ;

    les objets diffusants qui doivent êtres éclairés pour être vus.

     

    II-Condition de visibilité d’une source primaire

    ● Quelle est la condition pour voir une source primaire de lumière?

     

    1-Expériences :

    ● Tu disposes d'une boîte, peinte intérieurement en noir et d'une lampe.

    ● Place ton œil devant le trou A puis devant le trou B.

    Place une feuille de papier devant chacun des trous A et B et regarde si la feuille est éclairée.                              

    ● Glisse, successivement dans la fente de la boîte, un écran en carton, une plaque de plexiglas,

    et regarde par le trou A.                                                                                                   

    2-Observation :

    ● La lampe n’est visible que par le trou A.

    ● La feuille de papier n’est éclairée que devant ce trou.

    ● Lorsque l’on interpose un écran en carton, on ne voit plus la lampe par le trou A. On la distingue nettement avec la plaque de plexiglas.

     

    3-Interprètation :

    ● Grâce à la feuille de papier, on a montré que de la lumière issue de la lampe sort par le trou A. D’autre part, l’observateur ne voit la lampe que si son œil est placé devant ce trou : pour voir la lampe, il faut que de la lumière issue de celle-ci arrive dans l’œil.

    ● L’écran en carton arrête la lumière : il est OPAQUE.

    ● La plaque de plexiglas laisse passer la lumière : elle est TRANSPARENTE.

     

    4-Conclusion :

    ● Pour voir une source primaire, il faut que de la lumière issue de la source pénètre dans l’œil de l’observateur.

    ● La lumière peut traverser un objet transparent, mais pas un objet opaque.

     

    Ne regarde jamais des sources lumineuses très intenses: le Soleil un laser, un poste de soudure à l'arc. Cela pourrait te rendre aveugle!

     

    III-Condition de visibilité d’objets diffusants

    ● Tu vois ton livre, les murs de ta classe, ton camarade assis à coté de toi. Pourtant, ce ne sont pas des sources primaires. Pourquoi voit-on les objets qui nous entourent?

     

    1-Expérience

    ● Tu disposes d'une boîte, peinte intérieurement en noir et d'une lampe. Introduis par la fente un écran mobile blanc.

    ● La lampe étant éteinte, regarde à l'intérieur par le trou B.

    ● Allume la lampe. Regarde à nouveau par le trou B.

    Que vois-tu?

    ● Place une feuille de papier près du trou B.Qu'observes-tu?

    ● Recommence l'expérience avec un écran mobile noir. Observes-tu une différence ?          

     
    2-Observation :
    ● Lorsque la lampe est éteinte, on ne voit rien par le trou B.

    ● Lorsque la lampe est allumée et l’écran blanc convenablement orienté :

        -on voit, par le trou B, une partie de l’écran ;

        -on observe une tâche lumineuse sur la feuille de papier placée devant ce trou.

    ● Avec l’écran noir et la lampe allumée, on ne voit pas l’écran et la feuille de papier n’est pas éclairée.

     

    3-Interprètation :

    ● On voit l’écran blanc lorsqu’il est éclairé. Dans ce cas, il diffuse de la lumière vers nos yeux ; cette lumière diffusée peut éclairer tout autre objet correctement placé.

    ● L’écran noir est éclairé, mais on ne le voit pas. Il ne diffuse pas de lumière.

     

    4-Conclusion :

    ● Un objet diffusant est un objet qui renvoie, dans toutes les directions, une partie de la lumière qu’il reçoit.Il peut ainsi éclairer d’autres objets.

    ● Pour voir un objet, il faut qu’il soit éclairé et que de la lumière qu’il diffuse pénètre dans nos yeux.

     

    Thème de convergence

     

     

    Objectifs

    Démarches d’investigation :

    ● Les maçons utilisent parfois des faisceaux laser pour s'assurer que les briques soient bien alignées.

    ● Quel chemin suit la lumière pour aller d'un point à un autre?

    ● Comment la lumière se propage-t-elle ?

    ● On peut voir, parfois, des rais de lumière provenant des interstices des volets fermés. Comment peut t'on visualiser le trajet de la lumière?

     

    I-Propagation de la lumière


    1-Expérience

    ● Tu disposes d'une lampe électrique et de trois écrans munis de plusieurs trous.

    ● Allume la lampe. Place sur la table les trois écrans. Déplace les écrans pour voir la lampe à travers trois trous.

    ● Peux-tu faire passer une tige droite et rigide par l'un des trous de chaque écran?

    ● Comment la lampe et ces trois trous sont-ils disposés? Que peut-on dire du trajet de la lumière?          

    2-Observation :
    ● Lorsque la lampe est visible, la position des écrans est telle qu’on peut introduire la tige droite par les trois trous jusqu’à la lampe.

     

    3-Interprètation :

    ● Les trois trous et un point de la lampe sont alignés : la lumière se propage en ligne droite, de la lampe jusqu’à l’œil. Le trajet est donc rectiligne.

     

    4-Conclusion :

    ● La lumière se propage en ligne droite : la propagation de la lumière est rectiligne.

    ● Le trajet suivi par la lumière est un rayon de lumière. On le shématise par une demi-droite qui part de la source. Le sens de propagation de la lumière est indiqué par une flèche.

     

    II-Faisceaux de lumière

    1-Expérience

    ● Grâce à un brumisateur, créons un brouillard entre un projecteur et un écran :

    nous voyons se former un cône de lumière!
                                                                 

    ● Chaque gouttelette d'eau est une source secondaire de lumière qui reçoit la lumière du projecteur et la diffuse:

    on peut de cette façon visualiser le fais­ceau de lumière. 
                                                                  

              
    2- Observation :

    ● Avant d’enflammer le papier, on ne voit pas le trajet de la lumière.

    ● On ne voit le trajet de la lumière que lorsque celle-ci traverse la fumée du papier d’Arménie qui brûle.

     

    3-Interprètation :

    ● La lumière est invisible dans un milieu transparent comme l’air.

    ● Lorsque le papier brûle, on voit les particules de fumées éclairées, car celles-ci diffusent la lumière. Elles permettent de visualiser le FAISCEAU DE LUMIÈRE émis par la lampe.

     

    4-Conclusion :

    ● Un faisceau de lumière est invisible, mais on peut le visualiser à l’aide de petites particules (poussières, gouttelettes) qui diffusent de la lumière.

     

    III-Ombres

    ● Plus le Soleil est bas sur horizon, plus ton ombre s'allonge. Peut-on prévoir la forme et la position de l'ombre d'un objet?

     

    1-Expérience :

    ● Éclaire, avec une source lumineuse de petite dimension (source ponctuelle), un écran percé de deux trous.

    ● Dispose une balle entre la source et l'écran.

    l'écran est-il éclairé en totalité?

    Quelle partie de la balle n'est pas éclairée?

    ● Regarde au travers de chacun des trous de l'écran en direction de la source de lumière.

    Par quel trou peux-tu voir la source de lumière?

    ●  Place une bille entre la balle et l'écran.

    Où doit se trouver la bille pour qu'elle ne soit pas éclairée?                  

    2-Observation :

    ● L’écran n’est pas totalement éclairé. On observe une tâche sombre et circulaire appelée OMBRE PORTÉE de la balle.

    ● Sur la face de la balle placée du côté de l’écran apparaît une zone sombre appelée l’OMBRE PROPRE de la balle.

    ● On voit la source de lumière par le trou T1 mais pas par le trou T2.

    ● Entre la balle et l’écran, il existe une zone d’ombre où la bille n’est pas éclairée ; cette zone est appelée CÔNE D’OMBRE de la balle.

                                                         

             

    3-Interprètation :

    ● La balle arrête une partie de la lumière issue de la source de lumière.

    ● L’ombre portée reste noire, même dans le cas d’une source colorée.

     

    4-Conclusion :

    ● Lorsqu’un objet, placé devant un écran, est éclairé par une source de lumière de petite dimension (source ponctuelle), on observe :

    -une zone non éclairée sur l’objet : l’ombre portée de l’objet ;

    -une zone non éclairée sur l’écran : l’ombre portée de l’objet ;

    -une région sans lumière entre l’objet et l’écran : le cône d’ombre.

     

    Thème de convergence

     

    Objectifs

    Démarches d’investigation :

    Quels sont les mouvements de la Terre et de la Lune?

    Comment interpréter les phases de la Lune ainsi que les éclipses?

                                             

    I-Les mouvements de la Terre et de la Lune

     

    ● Les mouvements de la Terre et de la Lune

    Comment se déplace la Terre autour du Soleil et comment se déplace la Lune autour de la Terre?

     

    1-Analyse de documents

    ● Trajectoire de la Terre autour du Soleil et trajectoire de la Lune autour de la Terre. La Terre tourne sur elle-même. La distance Terre-Soleil est de 150 millions de kilomètres.

    Image du système Terre-Lune, prise par la sonde spatiale Mariner 10. La distance Terre-Lune est de 380 000 km

    ● Pourquoi les deux trajectoires ne sont-elles pas représentées à la même échelle?

    ● Recherche dans un dictionnaire la définition du mot satellite. Pourquoi la Lune est-elle appelée satellite naturel de la Terre?
           
                                                                                                                                                                                      

    2-Interprètation :

    ● La Terre tourne autour du Soleil, à une distance de 150 millions de kilomètres. Le plan de sa trajectoire est le plan de l’écliptique.Elle effectue le tour du Soleil en une année.

     

    3-Conclusion :

    ● La Terre tourne autour du soleil et en effectue le tour en une année.

    ● La Lune tourne autour de la Terre et en effectue le tour en 4 semaines environ.

    ● Le plan de la trajectoire de la Lune est incliné par rapport au plan de la trajectoire de la Terre.

     

    II-Les phases de la Lune

    ● La Lune change d’aspect au cours d’un mois: Ces différents aspects constituent les phases de la Lune. Comment les interpréter?

                                          

    1-Expérience :

    ● Tu disposes d'une lampe représentant le Soleil et d'une balle de tennis figurant la Lune. Ta tête représente la Terre.

    ● Déplace la balle autour de toi. Observe la forme de la zone éclairée de la balle.

    Quel est l'aspect de la balle dans les positions CD ?    

     

    2-Interprètation :

    ● Le Soleil éclaire toujours une moitié de la Lune, mais l’observateur terrestre voit totalement (position 3), partiellement (position 2 ou 4), ou pas du tout (position 1) cette partie éclairée.

    ● Ces différents aspects sont appelés les phases de la Lune. Chacune de ces phases a une durée d’environ 1 semaine.
     
    On distingue quatre phases principales qui se transforment l'une dans l'autre.
     

     

    Nouvelle Lune

    Premier Quartier

    Pleine Lune

    Dernier Quartier

    aspect

     

     

     

     

     

    La Lune est située entre le Soleil et la Terre et on ne la voit pas

    Les nuits sont très noires

     

     

    La Lune est alors située à l’opposé du Soleil et brille toute la nuit

     

    position dans le ciel

    près du soleil

    à 90° du soleil

    à l'opposé du soleil

    à 90° du soleil

    lever

    à l'aube

    à midi

    au crépuscule

    à minuit

    coucher

    au crépuscule

    à minuit

    à l'aube

    à midi

    heures de visibilité

    invisible

    fin d'après-midi et soirée

    toute la nuit

    2ème moitié de la nuit
    et début de matinée

     

    3-Conclusion :

    ● La Lune tournant autour de la Terre, chaque jour ou chaque nuit sa partie visible, éclairée par le Soleil, présente une forme différente : la Lune présente différentes phases.

    ● Toutes ces phases se succèdent dans le même ordre et reviennent régulièrement toutes les 4 semaines environ.

     

    III-Les éclipses

    ● Lors d’une éclipse de Soleil en pleine journée le Soleil disparaît: il fait nuit pendant quelques minutes. Lors lune éclipse de Lunel en pleine nuit la Lune disparaÎt pendant plusieurs minutes. Comment interpréter les éclipses?

     

    1-Expérience :

     

    La Terre est entre le Soleil et la Lune. La balle (Lune) n'est plus visible.  La Lune est entre le Soleil et la Terre. On observe une ombre portée de la balle (Lune) sur le globe terrestre.

     

    ● Tu disposes d'une lampe représentant le Soleil et d'un globe terrestre figurant la Terre.

    ● Déplace, autour du globe et assez près de celui-ci, une balle de tennis qui représente la Lune pour te retrouver dans les deux situations suivantes:

       - Le globe (Terre) est situé entre la lampe (Soleil) et la balle (Lune).

       - La balle (Lune) est située entre la lampe (Soleil) et le globe (Terre) .

     

    ● Laquelle de ces deux expériences modélise une éclipse de Soleil? Une éclipse de lune?

    ● Dans quelle phase se trouve la lune : Dans une éclipse de Soleil? Dans une éclipse de lune?

    ● Une éclipse de Soleil est-elle visible en tout point de la Terre? Et une éclipse de lune?

     

    2-Interprètation :

     

    Éclipse de Soleil

    ● Lors d'une éclipse de Soleil, la Lune (en phase de nou­velle Lune) passe entre le Soleil et la Terre. Une partie de La Terre, d'environ 150 km de diamètre, se trouve dans La zone d'ombre de La Lune et ne reçoit pLus de Lumière: iL y a éclipse de SoLeiL pour Les populations situées dans cette zone.

     

                             

    Éclipse de Lune

    ● Une éclipse de Lune a lieu lorsque la Terre se situe entre le Soleil et la Lune en phase de pleine Lune. La Lune se trouve aLors dans La zone d'ombre de la Terre: elle ne reçoit plus la lumière du Soleil et n'est plus visible depuis la Terre.

     

    3-Conclusion :

    Une éclipse est un phénomène astronomique au cours duquel un astre en cache un autre.

    ● Lors d’une éclipse, le Soleil, la Lune et la Terre sont alignés.

    ● Lors d’une éclipse de Lune, la Lune pénètre dans le cône d’ombre de la Terre.

    ● Lors d’une éclipse de Soleil, une partie de la surface terrestre se trouve dans l’ombre portée de la Lune.

     

    Thème de convergence

     

     



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