Programme
 
MathsPhysiC

Objectifs Quatrième

ø    A - De l’air qui nous entoure à la molécule

● Cette partie a pour objet d’introduire dans un premier temps la molécule à partir de deux exemples : l’eau, déjà étudiée en classe de cinquième et l’air, abordé en classe de quatrième. Elle permet notamment de réinvestir les notions sur l’eau vues en classe de cinquième concernant la distinction entre mélanges et corps purs, les changements d’état et la conservation de la masse lors de ces changements d’état. Dans un second temps, elle conduit, en s’appuyant sur les combustions, à l’étude des transformations chimiques et à leur interprétation atomique.

COMPOSITION DE L’AIR :

de quoi est composé l’air que nous respirons ? Est-il un corps pur ?

 

Connaissances

Capacités

Commentaires

 

L'air est un mélange de dioxygène (environ 20 % en volume) et de diazote (environ 80 % en volume).

Le dioxygène est nécessaire à la vie.

Distinction entre un gaz et une fumée.

Extraire d’un document les informations relatives à la composition de l'air et au rôle du dioxygène.

Thèmes de convergence : développement durable, santé

 

VOLUME ET MASSE DE L’AIR :

l'air a-t-il un volume propre ? A-t-il une masse ?

 

Connaissances

Capacités

Commentaires

 

L’état gazeux est un des états de la matière.

Un gaz est compressible.

Proposer une expérience pour mettre en évidence le caractère compressible de l’air.

Valider ou invalider une hypothèse.

 

La pression est une grandeur qui se mesure avec un manomètre.

L'unité de pression SI est le pascal.

Mesurer une pression.

 

Un volume de gaz possède une masse.

Un litre d’air a une masse d'environ un gramme dans les conditions usuelles de température et de pression.

Mesurer des volumes ; mesurer des masses.

Comprendre qu'à une mesure est associée une incertitude (liée aux conditions expérimentales).

Les correspondances simples entre les unités ont été abordées en cinquième.

Les calculs répétitifs de conversion sont à proscrire.

Thème de convergence : météorologie et climatologie

 

UNE DESCRIPTION MOLÉCULAIRE POUR COMPRENDRE

 

Connaissances

Capacités

Commentaires

 

Un gaz est composé de molécules.

Percevoir la différence entre réalité et simulation.

Argumenter en utilisant la notion de molécules pour interpréter :

- la compressibilité d’un gaz ;

- les différences entre corps purs et mélanges.

Le professeur limite la description à ce qui est nécessaire pour l’interprétation des phénomènes pris en compte. 

Les trois états de l’eau à travers la description moléculaire :

- l’état gazeux est dispersé et désordonné ;

- l’état liquide est compact et désordonné ;

- l’état solide est compact ; les solides cristallins sont ordonnés. 

Argumenter en utilisant la notion de molécules pour interpréter :

- les différences entre les trois états physiques de l’eau ;

- la conservation de la masse lors des changements d’état de l’eau ;

- la non compressibilité de l’eau.

 

Les mélanges à travers la description moléculaire.

Argumenter en utilisant la notion de molécules pour interpréter :

- la diffusion d’un gaz dans l’air ;

- la diffusion d’un soluté dans l’eau (sucre, colorant, dioxygène…).

Percevoir la différence entre réalité et simulation.

On se limitera à des exemples de solutés moléculaires dans le cas de cette modélisation.

 

LES COMBUSTIONS :

qu'est-ce que brûler ?

 

Connaissances

Capacités

Commentaires

 

La combustion du carbone nécessite du dioxygène et produit du dioxyde de carbone.

La combustion du butane et/ou du méthane dans l’air nécessite du dioxygène et produit du dioxyde de carbone et de l’eau.

Test du dioxyde de carbone : en présence de dioxyde de carbone, l’eau de chaux donne un précipité blanc.

Questionner, identifier un problème, formuler une hypothèse

Mettre en œuvre un protocole expérimental.

Observer, extraire les informations d’un fait observé.

Exprimer à l’écrit ou à l’oral des étapes d'une démarche de résolution.

Proposer une représentation adaptée.

Suivre un protocole donné.

 

Une combustion nécessite la présence de réactifs (combustible et comburant) qui sont consommés au cours de la combustion ; un (ou des) nouveau(x) produit(s) se forme(nt).

Ces combustions libèrent de l’énergie.

Extraire d’un document (papier ou numérique) les informations relatives aux combustions.

Thème de convergence : énergie

Certaines combustions peuvent être dangereuses (combustions incomplètes, combustions explosives).

Extraire d’un document (papier ou numérique) les informations relatives aux dangers des combustions.

 

 

LES ATOMES POUR COMPRENDRE LA TRANSFORMATION CHIMIQUE

 

Connaissances

Capacités

Commentaires

 

Lors d'une combustion, des réactifs disparaissent et des produits apparaissent : une combustion est une transformation chimique.

Lors des combustions, la disparition de tout ou partie des réactifs et la formation de produits correspondent à un réarrangement d'atomes au sein de nouvelles molécules.

Exprimer par une phrase le passage des réactifs au(x) produit(s).

Proposer une représentation adaptée (modèles moléculaires).

Le professeur limite la description à ce qui est nécessaire pour l’interprétation des phénomènes pris en compte. 

La manipulation des modèles moléculaires (désassemblage, assemblage) ne doit pas laisser croire qu'elle représente le mécanisme réactionnel.

Les atomes sont représentés par des symboles, les molécules par des formules (O2, H2O, CO2, C4H10 et/ou CH4).

Communiquer à l'aide du langage scientifique.

Utiliser une représentation adaptée : coder, décoder pour écrire les formules chimiques.

 

L'équation de la réaction précise le sens de la transformation.

Les atomes présents dans les produits (formés) sont de même nature et en même nombre que dans les réactifs.

Utiliser une représentation adaptée : coder, décoder pour écrire les équations de réaction. 

Présenter et expliquer l’enchaînement des étapes pour ajuster une équation chimique.

L’écriture d’équations de réactions est strictement limitée aux deux ou trois combustions étudiées.

La mole (concept, grandeur et unité de quantité de matière) est hors programme.

La masse totale est conservée au cours d'une transformation chimique.

Participer à la conception d’un protocole ou le mettre en œuvre.

Valider ou invalider une hypothèse.

 

 

ø    B - Les lois du courant continu

B1 - Intensité et tension

● Cette partie a pour objet d’introduire certaines lois du courant continu à partir de mesures d’intensité de courants électriques et de tension électrique réalisées par les élèves eux-mêmes. Elle prolonge l’approche qualitative des circuits vue à l’école primaire et en classe de cinquième tout en évitant des exercices calculatoires répétitifs. Cette étude est l'occasion d'une première sensibilisation à l'universalité des lois de la physique

 

INTENSITÉ ET TENSION, DEUX GRANDEURS ÉLECTRIQUES ISSUES DE LA MESURE :

quelles grandeurs électriques peut-on mesurer dans un circuit ?

 

Connaissances

Capacités

Commentaires

 

L’intensité d’un courant électrique se mesure avec un ampèremètre branché en série.

Unité d’intensité : l’ampère.

Symbole normalisé de l'ampèremètre.

Suivre un protocole donné (utiliser un appareil de mesure). 

Mesurer (lire une mesure, estimer la précision d’une mesure, optimiser les conditions de mesure).

Associer les unités aux grandeurs correspondantes.

Faire un schéma, en respectant des conventions.

Thème de convergence : importance du mode de pensée statistique

La tension électrique aux bornes d'un dipôle se mesure avec un voltmètre branché en dérivation à ses bornes.

Unité de tension : le volt.

Symbole normalisé du voltmètre. 

Notion de branche et de nœud.

Une tension peut exister entre deux points d'une portion de circuit non parcourue par un courant.

Certains dipôles (fil, interrupteur fermé) peuvent être parcourus par un courant sans tension notable entre leurs bornes.

Suivre un protocole donné (utiliser un appareil de mesure). 

Mesurer (lire une mesure, estimer la précision d’une mesure, optimiser les conditions de mesure).

Associer les unités aux grandeurs correspondantes.

Faire un schéma, en respectant des conventions.

Observer les règles élémentaires de sécurité dans l'usage de l'électricité.

Thèmes de convergence : sécurité, importance du mode de pensée statistique

L'intensité du courant est la même en tout point d'un circuit en série.

Loi d’additivité de l’intensité dans un circuit comportant une dérivation.

Questionner, identifier un problème, formuler une hypothèse.

Mettre en œuvre un protocole expérimental.

Mesurer (lire une mesure, estimer la précision d’une mesure, optimiser les conditions de mesure).

Thème de convergence : importance du mode de pensée statistique

La tension est la même aux bornes de deux dipôles en dérivation.

Loi d’additivité des tensions dans un circuit série.

Questionner, identifier un problème, formuler une hypothèse.

Confronter le résultat au résultat attendu.

Mettre en œuvre un protocole expérimental.

Mesurer (lire une mesure, estimer la précision d’une mesure, optimiser les conditions de mesure).

 

L'intensité du courant dans un circuit série est indépendante de l'ordre des dipôles.

La tension aux bornes de chaque dipôle d'un circuit série est indépendante de l'ordre des dipôles.

Questionner, identifier un problème, formuler une hypothèse.

Confronter le résultat au résultat attendu.

Mesurer (lire une mesure, estimer la précision d’une mesure, optimiser les conditions de mesure).

Mettre en œuvre un raisonnement

Thème de convergence : importance du mode de pensée statistique

Pour fonctionner normalement une lampe, un moteur, doit avoir à ses bornes une tension proche de sa tension nominale.

Surtension et sous-tension.

Observer, recenser des informations : valeurs nominales.

Mettre en œuvre un raisonnement, une méthode, un protocole expérimental pour choisir une lampe adaptée au générateur.

 

B2 - Le dipôle « résistance »

Cette partie a pour objet d’introduire la loi d’Ohm à partir du dipôle « résistance » sans oublier son importance dans le domaine énergétique. C'est une illustration de la modélisation d'un comportement physique par une relation mathématique, la relation de proportionnalité.

 

LA « RÉSISTANCE » :

quelle est l’influence d’une « résistance » dans un circuit électrique série ?

 

Connaissances

Capacités

Commentaires

 

Pour un générateur donné, dans un circuit électrique en série :

. l’intensité du courant électrique dépend de la valeur de la « résistance » ;

. plus la « résistance » est grande, plus l’intensité du courant électrique est petite.

L’ohm (Ω) est l’unité de résistance électrique du SI.

Formuler des hypothèses, proposer et mettre en œuvre un protocole concernant l’influence de la résistance électrique sur la valeur de l’intensité du courant électrique.

Suivre un protocole donné (utiliser un multimètre en ohmmètre).

Mesurer (lire une mesure, estimer la précision d’une mesure, optimiser les conditions de mesure).

La résistance au sens usuel est un objet (dipôle) tandis que la grandeur qui porte le même nom fait référence au comportement ohmique de cet objet. C’est en raison de cette double acception que le mot « résistance » est parfois entre guillemets.

 

LA LOI D’OHM :

comment varie l’intensité du courant électrique dans une « résistance » quand on augmente la tension électrique à ses bornes ?

 

Connaissances

Capacités

Commentaires

 

Énoncé de la loi d’Ohm et relation la traduisant en précisant les unités.

Une « résistance » satisfait à la loi d’Ohm ; elle est caractérisée par une grandeur appelée résistance électrique.

Proposer ou suivre un protocole donné pour aborder la loi d'Ohm. 

Mesurer (lire une mesure, estimer la précision d’une mesure, optimiser les conditions de mesure).

Proposer une représentation adaptée pour montrer la proportionnalité de U et de I (tableau, caractéristique d'une « résistance », …).

Exprimer la loi d'Ohm par une phrase correcte.

Traduire la loi d'Ohm par une relation mathématique.

Calculer, utiliser une formule.

L’étude des associations de « résistance » est hors programme.

Le générateur fournit de l’énergie à la « résistance » qui la transfère à l’extérieur sous forme de chaleur (transfert thermique).

Sécurité : risque d'échauffement d'un circuit ; coupe-circuit.

Extraire d’un document les informations montrant les applications au quotidien de ce transfert énergétique.

Thèmes de convergence : sécurité, énergie

 

ø    C - La lumière : couleurs, images, vitesse

C1 - Lumières colorées et couleur des objets

● Cette partie prolonge le programme de cinquième par la notion de couleur. Le monde qui entoure l’élève est un monde coloré. Cette rubrique, qui constitue une première approche de la couleur abordée également en arts graphiques, est un terrain favorable pour une importante activité d’expérimentation raisonnée.

 

LUMIERES COLORÉES ET COULEUR DES OBJETS :

comment obtenir des lumières colorées?

 

Connaissances

Capacités

Commentaires

 

La lumière blanche est composée de lumières colorées.

Suivre un protocole pour obtenir un spectre continu par décomposition de la lumière blanche en utilisant un prisme ou un réseau.

 

Éclairé en lumière blanche, un filtre permet d’obtenir une lumière colorée par absorption d’une partie du spectre visible.

Extraire des informations d’un fait observé.

 

Des lumières de couleurs bleue, rouge et verte permettent de reconstituer des lumières colorées et la lumière blanche par synthèse additive.

Suivre un protocole.

Faire des essais avec différents filtres pour obtenir des lumières colorées par superposition de lumières colorées.

La synthèse soustractive est hors programme.

La couleur perçue lorsqu’on observe un objet dépend de l'objet lui-même et de la lumière qui l'éclaire.

Faire des essais pour montrer qualitativement le phénomène.

Présenter à l'écrit ou à l'oral une observation.

On ne demandera pas à l'élève de prévoir la couleur perçue par un observateur.

En absorbant la lumière, la matière reçoit de l’énergie. Elle s’échauffe et transfère une partie de l’énergie reçue à l’extérieur sous forme de chaleur.

Extraire d’un document (papier ou numérique) les informations relatives aux transferts énergétiques

Thème de convergence : énergie

C2 - Que se passe-t-il quand la lumière traverse une lentille ?

Dans le prolongement de la problématique introduite en classe de cinquième « comment éclairer et voir un objet ? » et « comment se propage la lumière ? », cette rubrique propose une première analyse de la formation des images.

LENTILLES, FOYERS ET IMAGES :

comment obtient-on une image à l’aide d’une lentille convergente ?

 

Connaissances

Capacités

Commentaires

 

Dans certaines positions de l’objet par rapport à la lentille, une lentille convergente permet d’obtenir une image sur un écran.

Obtenir avec une lentille convergente l’image d’un objet sur un écran.

Les seules images étudiées sont des images réelles. Les expressions image réelle et image virtuelle ne sont pas introduites.

La construction géométrique d’image est hors programme.

Il existe deux types de lentilles, convergente et divergente.

Extraire d'un document les informations montrant les applications au quotidien des lentilles.

Observer, extraire les informations d'un fait observé pour distinguer les deux types de lentilles.

 

Une lentille convergente concentre pour une source éloignée l’énergie lumineuse en son foyer.

Mettre en œuvre un protocole pour trouver expérimentalement le foyer d’une lentille convergente.

La notion de foyer principal objet est hors programme.

L'expression foyer principal image ne sera pas utilisée.

Les constructions de rayons lumineux sont hors programme.

Thème de convergence : énergie

La vision résulte de la formation d’une image sur la rétine, interprétée par le cerveau.

Les verres correcteurs et les lentilles de contact correctrices sont des lentilles convergentes ou divergentes.

Présenter les éléments de l’œil sous une forme appropriée : modèle élémentaire.

Pratiquer une démarche expérimentale pour expliquer les défauts de l’œil et leur correction (myopie, hypermétropie).

Les seuls défauts de l'œil illustrés expérimentalement sont la myopie et l'hypermétropie.

C3 - Vitesse de la lumière

Les élèves ont vu en cinquième que la lumière se propage en ligne droite. L'étude de la vitesse de la lumière est l’occasion d’aborder un autre exemple de relation de proportionnalité.

Dans quels milieux et à quelle vitesse se propage la lumière ?

 

Connaissances

Capacités

Commentaires

 

La lumière peut se propager dans le vide et dans des milieux transparents comme l’air, l’eau et le verre.

Vitesse de la lumière dans le vide (3 × 10 8 m/s ou 300 000 km/s).

Rechercher, extraire et organiser l'information utile relative à la vitesse de la lumière.

Traduire par une relation mathématique la relation entre distance, vitesse et durée.

Calculer, utiliser une formule.

En ce qui concerne la vitesse de la lumière, l’enseignant se limitera à des calculs simples non répétitifs. On n'introduira pas le terme « célérité ».

 

  
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