T. Pratiques-Classe de première

① Leçons Animations Exercice Démarche T. Pratiques Programme Progression

⑥  ⑤  ④  ③  ②  ①  Ⓣ

Travaux pratiques de chimie

 Détermination de quantités de matière

 Expériences de cours et reconnaissance de quelques ions

 Pourcentage en cuivre d'une pièce de monnaie

 Transformation chimique

 Conductimétrie (TP n°1)

 Conductimétrie (TP n°2)

 Les réactions acido-basiques

 Les réactions d’oxydoréduction

 Dosages d’oxydoréduction

 Dosage conductimétrique

 Analyse de molécules

 Structure et propriétés de composés organiques

 Polymérisation du styrène - Dépolymérisation du plexiglass

 Groupes caractéristiques - Oxydation des alcools

Travaux pratiques de physique

 Étude du mouvement d'un solide

 Étude de quelques forces macroscopiques

 Lois de Newton

 Travail des forces

 Chute libre

 Travail et énergie cinétique

 Travail et énergie potentielle de pesanteur

 Récepteurs électriques, loi de Joule

 Générateurs et récepteurs électriques

 Distribution de l'énergie dans un circuit électrique

 Champ magnétique

 Lentilles minces convergentes 

Source : http://www.web-sciences.com/

Travaux pratiques de chimie

Détermination de quantités de matière 

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectifs

• Déterminer une quantité de matière par différentes méthodes.

• Prélever une quantité de matière en utilisant le matériel adéquat.

II. Matériel et produits chimiques

• Une balance au centigramme.

• Un verre de montre et une spatule.

• Un pipeteur à crémaillère, des pipettes jaugées de 5 et 20mL, des pipettes graduées de 5 et 10 mL.

• Des béchers de 50mL et de 100mL.

• Une seringue de 100mL.

• Un cristallisoir et une éprouvette graduée de 100mL.

• Un pied de mécanique, une pince 4 doigts et une noix.

• Un flacon de chlorure de sodium en poudre.

• Une solution de sulfate de cuivre de concentration C=2,00.10-2mol.L-1.

• Un flacon d'éthanol absolu.

III. Prélèvement d'une quantité de matière par pesée

1. Rechercher sur l'étiquette du flacon de chlorure de sodium la valeur de sa masse molaire et l'exprimer avec 3 chiffres significatifs.

2. Déterminer la masse de chlorure de sodium à peser pour prélever 2,00.10-2mol de chlorure de sodium.

3. Effectuer la pesée et faire vérifier.

IV. Prélèvement d'une quantité de matière en solution de concentration connue

1. On dispose d'une solution aqueuse de sulfate de cuivre de concentration 2,00.10-2mol.L-1. On désire disposer de 1,00.10-4 mol de sulfate de cuivre en solution. Déterminer le volume V de la solution à prélever.

2. Choisir le matériel adéquat et effectuer le prélèvement.

V. Prélèvement d'une quantité de matière à partir d'une solution dont on connaît la densité

1. Relever sur l'étiquette du flacon d'éthanol absolu les informations suivantes:

   • Masse molaire.

   • Densité.

2. Déterminer le volume d'éthanol absolu à prélever pour pouvoir disposer de 0,120mol d'éthanol.

3. Effectuer le prélèvement avec le matériel adéquat.

VI. Prélèvement d'une quantité de matière gazeuse

1. Déterminer le volume d'air à prélever pour disposer de 1,67.10-3mol d'air dans les conditions usuelles.

2. Prélever ce volume d'air à l'aide de la seringue.

3. Récupérer cette quantité d'air dans une éprouvette graduée sur la cuve à eau.

4. En utilisant la loi des gaz parfaits (et en considérant l'air comme un mélange de gaz parfaits), déterminer la pression de l'air dans l'éprouvette.

Première partie: Expériences de cours

Quelques expériences réalisées par le professeur:

• Présentation de la maille de chlorure de sodium.

• Expérience du jet d'eau

• Caractère dipolaire de la molécule d'eau.
   

Deuxième partie: Tests de reconnaissance de quelques ions

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I) Matériel et réactifs:

• 3 béchers.

• Tubes à essai + porte tube.

• Papier filtre.

• Solution de nitrate d'argent.

• Solution de chlorure de sodium

• Solution de sulfate de cuivre.

• Solution de sulfate de fer II.

• Solution de chlorure de fer III.

• Solution de sulfate de zinc.

• Solution de chlorure ce calcium.

• Solution de carbonate de sodium.

• Solution de chlorure d'ammonium.

• Solution de sulfate de sodium.

• Solution de chlorure de baryum.

• Solution de phosphate de sodium.

• Solution d'hydroxyde de sodium.

II. Test de reconnaissance de quelques cations en solution

Pour chaque test, décrire que ce que vous observez et écrire l'équation de la réaction en précisant le nom des précipités obtenus.

1. Test d'identification des ions argent:

Dans un tube à essai, verser environ 1mL d'une solution de nitrate d'argent. Ajouter ensuite quelques gouttes d'une solution de chlorure de sodium.

2. Test d'identification des ions cuivre (II):

Dans un tube à essai, verser environ 1mL d'une solution de sulfate de cuivre (II). Ajouter ensuite quelques gouttes d'une solution concentrée d'hydroxyde de sodium.

3. Test d'identification des ions fer (II):

Dans un tube à essai, verser environ 1mL d'une solution de sulfate de fer (II) (ou de sel de Mohr). Ajouter ensuite quelques gouttes d'une solution concentrée d'hydroxyde de sodium.

4. Test d'identification des ions fer (III):

Dans un tube à essai, verser environ 1mL d'une solution de chlorure de fer (III). Ajouter ensuite quelques gouttes d'une solution concentrée d'hydroxyde de sodium.

5. Test d'identification des ions zinc (II):

Dans un tube à essai, verser environ 1mL d'une solution de sulfate de zinc (II). Ajouter ensuite quelques gouttes d'une solution concentrée d'hydroxyde de sodium.

6. Test d'identification de l'ion ammonium:

Dans un tube à essai, verser environ 1mL de solution de chlorure d'ammonium. Ajouter quelques gouttes de soude. Sous la hotte, tiédir légèrement le tube à essais dans la flamme d'un bec Bunsen. Un gaz suffocant se dégage. Ce gaz colore en bleu un papier-filtre imbibé de sulfate de cuivre placé à l'ouverture du tube à essais: c'est de l'ammoniac NH3.

II. Tests de reconnaissance de quelques anions en solution:

Pour chaque test, décrire que ce que vous observez et écrire l'équation de la réaction en précisant le nom des précipités obtenus.

1. Test d'identification de l'ion chlorure:

Dans un tube à essai, verser environ à 1mL d'une solution de chlorure de sodium. Ajouter quelques gouttes d'une solution de nitrate d'argent.

2. Test d'identification de l'ion sulfate:

Dans un tube à essai, verser environ 1mL de solution de sulfate de sodium. Ajouter quelques gouttes d'une solution chlorure de baryum.

3. Test d'identification de l'ion phosphate:

Dans un tube à essai, verser environ 1mL de solution de phosphate de sodium. Ajouter quelques gouttes de solution de nitrate d'argent.

4. Test d'identification de l'ion carbonate:

Dans un tube à essai, verser environ 1mL de solution de carbonate de sodium. Ajouter quelques gouttes d'une solution de chlorure de calcium.

Pourcentage en cuivre d'une pièce de monnaie

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectifs

• Réaliser une échelle de teintes par dilutions.

• Utiliser une échelle de teintes pour déterminer la valeur approchée d'une concentration inconnue.

• Déterminer un pourcentage massique.

II. Matériel

• Erlenmeyer de 250mL.

• Fioles jaugées de 10mL et de 100mL.

• Fiole jaugée de 500mL.

• Pipette graduée de 10mL et pipeteur à crémaillère.

• 5 tubes à essai + porte tubes.

• Entonnoir

• Sulfate de cuivre(II) pentahydraté.

• Pièce de10 centimes

• Eau distillée

• Acide nitrique concentré.

III. Manipulations

Manipulation réalisée par le professeur sous la hotte:

• Peser une pièce de 10 centimes.

• Sous la hotte et muni de gants et de lunettes, placer cette pièce dans un erlenmeyer de 250mL et la recouvrir d'acide nitrique concentré. Attendre sa destruction complète.

• Transvaser le contenu de l'erlenmeyer dans une fiole jaugée de 500mL et compléter avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge. On notera S la solution obtenue.

Manipulation réalisée par les élèves:

• Peser 7,50g de sulfate de cuivre(II) pentahydraté et les placer dans une fiole jaugée de 100mL. Compléter avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge. La solution obtenue sera notée So.

• Préparer 10mL d'une solution S1 en plaçant 1mL de So dans une fiole jaugée de 10mL et en complétant jusqu'au trait de jauge avec de l'eau distillée. Verser le contenu de la fiole dans un tube à essai.

• Préparer de même 10mL de solutions S2, S3, S4 en plaçant respectivement 3mL, 6mL et 9mL de So dans la fiole jaugée de 10mL. Verser le contenu des trois solutions dans trois tubes à essai. On obtient ainsi quatre solutions de concentrations différentes qui constituent une échelle de teintes.

• Transvaser 10mL environ de la solution S dans un tube à essai.

• Déterminer le tube de l'échelle de teintes dont la couleur est la plus proche de celui contenant la solution S.

IV. Exploitation:

• Qu'est devenu le cuivre contenu dans la pièce de monnaie?

• Calculer la concentration Co de la solution So.

• Calculer [Cu2+(aq)] dans les tubes 1 à 4.

• En déduire [Cu2+(aq)] dans la solution S.

• Déterminer la quantité de matière d'ions cuivre(II) issue de la pièce.

• Calculer la masse de cuivre contenue dans la pièce.

• En déduire le pourcentage massique du cuivre. Comparer à la valeur officielle: 92%.

Transformation chimique

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectifs

• Etudier l'action de l'acide chlorhydrique sur le magnésium.

• Utiliser la loi des gaz parfaits.

• Dresser le tableau d'avancement d'une réaction.

II. Matériel

• Erlenmeyer de 250mL + bouchon deux trous + tube à dégagement + têt à gaz.

• Valet élévateur.

• Cristallisoir.

• Bécher de 100mL.

• Burette de Mohr de 25mL avec fermeture à robinet.

• Eprouvette graduée de 250mL munie d'un bouchon.

• Support de mécanique + une noix + une pince quatre doigts.

• Agitateur magnétique.

• Solution d'acide chlorhydrique de concentration CA=0,5mol.L-1.

• Ruban de magnésium.

• Balance de précision + verre de montre.

• Pince coupante.

• Baromètre à mercure.

• Thermomètre.

III. Manipulation:

La réaction entre l'acide chlorhydrique et le magnésium peut s'écrire:

Mg(s) + 2H3O+(aq)  Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)

1. Couper un morceau de magnésium d'environ 4cm de long et le peser (masse de l'ordre de 50mg).

2. Rincer la burette à l'eau déminéralisée.

3. Remplir la burette de la solution d'acide chlorhydrique et ajuster au zéro.

4. Réaliser le montage ci-contre. L'orifice du tube à dégagement doit être recouvert d'eau.

5. Remplir d'eau l'éprouvette graduée, la couvrir du bouchon et la retourner sur la cuve à eau. Enlever le bouchon. Il ne doit pas y avoir de bulle d'air dans l'éprouvette graduée.

6. Placer le magnésium dans l'erlenmeyer et fixer celui-ci sur l'agitateur magnétique comme l'indique le montage. Enfoncer l'extrémité de la burette de Mohr dans le bouchon.

7. A l'aide de la burette, verser un volume VA=15mL d'acide chlorhydrique dans l'erlenmeyer. Agiter le mélange.

8. Lorsque la réaction est terminée, relever le volume V de gaz recueilli dans l'éprouvette. Pour que le gaz soit à la pression atmosphérique, il faut que le niveau de l'eau soit le même dans l'éprouvette que dans la cuve à eau (on peut abaisser ou lever l'éprouvette selon le cas).

9. Relever la valeur de la pression atmosphérique et de la température.

IV. Exploitation:

1. En utilisant la loi des gaz parfaits, déterminer le volume molaire dans les conditions de l'expérience.

2. A partir du volume V de gaz mesuré, déterminer le volume de gaz V(H2)exp dégagé par la réaction.

3. Déterminer la quantité initiale de magnésium.

4. Déterminer la quantité initiale d'ions oxonium.

5. Dresser le tableau d'avancement du système.

6. En déduire l'avancement maximal xmax.

7. Quel est le réactif en défaut (limitant)?

8. Quel est le réactif en excès?

9. Quel volume de dihydrogène V(H2)th doit-on théoriquement obtenir?

10. Comparer V(H2)th et V(H2)exp (calculer l'écart relatif).

Conductimétrie (TP n°1)

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

Avertissement: Lors de la manipulation des cellules, veiller à ne pas établir de court-circuit entre celles-ci.

I. Objectif:

• Étude des grandeurs d'influence d'une cellule conductimétrique.

II. Matériel:

• Un GBF muni d'une fiche BNC.

• Une cellule conductimétrique expérimentale. (pour les professeurs, voir le détail du montage)

• Deux multimètres.

• Un pied de mécanique muni d'une noix et d'une pince plate.

• Des fils de connexion.

• Un bécher de 400mL.

• Un bécher de 250mL.

• Des pipettes jaugées de 10mL et 20mL munies d'un pipeteur.

• Une fiole jaugée de 50mL.

• Une fiole jaugée de 100mL.

• Un valet élévateur.

• Un tournevis.

• Une pissette d'eau déminéralisée.

• Une solution de chlorure de sodium de concentration C=10-2mol.L-1 (5L pour la classe).

III. Influence de la surface des plaques

1. Manipulation

1. Régler la cellule à l'écartement maximum.

2. Réaliser le montage ci-contre (photographie ci-dessus) avec le bécher de 400mL contenant la solution de chlorure de sodium de concentration 10-2mol.L-1.

3. Placer les électrodes au ras de la surface du liquide (surface immergée nulle).

4. Appliquer une tension alternative sinusoïdale de fréquence 500Hz et de valeur efficace 8V environ.

5. Relever les valeurs de la tension efficace Ueff et de l'intensité efficace Ieff.

6. Plonger les électrodes d'une graduation (la surface immergée sera notée s). Pour faciliter l'opération, on pourra fixer une échelle en papier sur le bord du bécher. Relever Ueff et Ieff.

7. Renouveler les mesures en immergeant les plaques d'une surface 2s, 3s, ..., 8s.

2. Exploitation

1. Déterminer la conductance Go lorsque la surface immergée est nulle (cette valeur qui d'après la théorie devrait être nulle est due aux effets de bords).

2. Dresser le tableau: 

S(s)

I(A)

U(V)

G(S)

G-Go (S)

3. Tracer la courbe G - Go= f(S).

4. Conclure.

IV. Influence de la distance séparant les plaques

1. Manipulation

1. Pour un écartement des plaques égal à e (une cale), plonger la cellule dans la solution de concentration Co=10-2mol.L-1de façon à immerger une surface S=4s.

2. Relever Ueff et Ieff.

3. Renouveler cette opération pour des écartements des plaques égaux à 2e, 3e, 4e, 5e.

2. Exploitation

1. Dresser le tableau:

E(e)

I(A)

U(V)

1/E(e-1)

G(S)

2. Tracer la courbe G=f(1/E)

3. Comme dans le paragraphe précédent, la cellule conductimétrique possède des effets de bord. Déterminer graphiquement Go et tracer la courbe G-Go=f(1/E). Que peut-on dire de G-Go?

4. Conclure.

V. Influence de la concentration de la solution

1. Manipulation

1. Pour un écartement des plaques égal à 4e, plonger la cellule dans la solution de concentration Co=10-2mol.L-1 de façon à immerger une surface S=4s.

2. Relever Ueff et Ieff.

3. Renouveler cette opération pour des solutions de concentrations 5,0.10-3mol.L-1, 3,0.10-3mol.L-1, 2,0.10-3mol.L-1, 1,0.10-3mol.L-1.

2. Exploitation

1. Dresser le tableau:

C(mol.L-1)

I(A)

U(V)

G(S)

2. Tracer la courbe G=f(C).

3. Conclure.

Conductimétrie (TP n°2)

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectif:

• Réaliser et utiliser la courbe d'étalonnage d'une cellule conductimétrique.

II. Matériel

• Burette de Mohr de 25mL.

• Deux noix de serrage + une pince plate + une pince trois doigts.

• Cellule conductimétrique.

• Grands fils de connexion.

• Générateur basse fréquence + fiche BNC.

• Deux multimètres.

• Agitateur magnétique.

• Un bécher de 400mL, un bécher de 50mL et deux béchers de 100mL.

• Solution de chlorure de sodium de concentration Co=0,10mol.L-1.

• Eprouvette graduée de 200mL.

• Sérum physiologique.

• Fiole jaugée de 1L.

• Pipette de 10mL + pipeteur.

• Valet élévateur.

III. Manipulation

1. Préparation de la solution de sérum physiologique:

Le sérum physiologique fourni par les laboratoires est trop concentré pour une mesure directe par conductimétrie. Il est nécessaire de le diluer au 1/100ème. Pour cela, l'ensemble de la classe établira un protocole et délèguera un binôme pour réaliser la manipulation. Le binôme désigné distribuera 50mL de la solution préparée à chaque groupe de la classe.

2. Courbe d'étalonnage

1. Réaliser le montage ci-contre (photographie ci-dessus).

2. Dans le bécher de 400mL, verser un volume Vo=300mL d'eau déminéralisée mesuré à l'aide de l'éprouvette graduée.

3. Rincer et remplir la burette graduée avec la solution de chlorure de sodium.

4. Mettre l'agitateur magnétique en fonction et verser un volume V=1mL de la solution de chlorure de sodium dans le bécher.

5. Allumer le GBF (fréquence 2000Hz; tension de sortie efficace entre 8 et 10V).

6. Mesurer Ueff et Ieff.

7. Renouveler l'ajout de la solution de chlorure de sodium millilitre par millilitre et les mesures jusqu'à V=25mL.

8. Dresser le tableau:

V(L)

Ueff(V)

Ieff(A)

9. Déterminer la conductance de la solution diluée de sérum physiologique

IV. Exploitation

1. Donner l'expression littérale de la concentration C de la solution contenue dans le bécher en fonction de Vo, V et Co.

2. Compléter le tableau précédent en ajoutant les colonnes C(mol.L-1) et G(S).

3. Tracer la courbe d'étalonnage G=f(C) et la modéliser.

4. A partir de la courbe, déterminer la concentration de la solution diluée de sérum physiologique.

5. En déduire la concentration Csérum du sérum physiologique ainsi que son titre massique.

6. Le laboratoire assure que le titre massique du sérum physiologique est t=9g.L-1. Déterminer l'écart relatif sur la mesure.

Réaction acido-basiques

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

S'équiper de lunettes pour manipuler.

I. Objectif:

• Etudier la nature des réactions acido-basiques.

II. Matériel

• Tubes à essai sur support.

• Flacon d'hélianthine et flacon de bleu de bromothymol.

• Solution d'acide acétique de concentration 1mol.L-1 (CH3COOH).

• Solution d'hydroxyde de sodium de concentration 1mol.L-1 (Na+ + OH-).

• Solution d'acide chlorhydrique de concentration 1mol.L-1 (H3O+ + Cl-).

• Solution d'acide sulfurique de concentration 0,5mol.L-1 (2H3O+ + SO42-).

• Solution d'hydrogénocarbonate de sodium de concentration 1mol.L-1 (Na+ + HCO3-).

• Eau de chaux (Ca2+ + 2OH-).

• Solution de chlorure d'ammonium de concentration 1mol.L-1 (NH4+ + Cl-).

• Solution d'ammoniac de concentration 1mol.L-1 (NH3).

• Solution de sulfate de cuivre de concentration 0,1mol.L-1 (Cu2+ + SO42-).

• Gants + lunettes.

• Tube à dégagement muni d'un bouchon.

• Pissette d'eau distillée.

III. Couleur des indicateurs colorés

1. Manipulation

• Dans un tube à essai, verser environ 3mL d'eau distillée. Ajouter ensuite quelques gouttes d'hélianthine.

• Dans un tube à essai, verser environ 3mL de la solution d'acide acétique. Ajouter ensuite quelques gouttes d'hélianthine.

• Dans un tube à essai, verser environ 3mL de la solution d'hydroxyde de sodium. Ajouter ensuite quelques gouttes d'hélianthine.

• Renouveler les manipulations avec du bleu de bromothymol.

2. Exploitation:

• Préciser les couleurs des formes HIn et In- de l'hélianthine.

• Préciser les couleurs des formes HIn et In- du bleu de bromothymol.

• Qu'appelle-t-on zone de virage d'un indicateur coloré?

IV. Réaction entre l'acide acétique et l'hélianthine

1. Manipulation

• Dans un tube à essai, verser environ 3mL d'eau distillée. Ajouter ensuite quelques gouttes d'hélianthine.

• Ajouter environ 1mL de la solution d'acide acétique.

• Observer.

2. Exploitation:

• Quelle est la forme de l'hélianthine dans l'eau distillée?

• Sous quelle forme est présente l'hélianthine lorsqu'on a ajouté l'acide acétique (CH3COOH)?

• En admettant que seuls deux produits se sont formés, proposer une équation pour cette réaction.

V. Réaction entre l'acide chlorhydrique et les ions hydrogénocarbonate

1. Manipulation

• Dans un tube n°1, introduire environ 5mL d'eau de chaux.

• Dans un tube n°2, introduire environ 3mL de la solution d'hydrogénocarbonate de sodium.

• Ajouter avec précaution 2mL de la solution d'acide chlorhydrique dans le tube n°2 et adapter rapidement le tube à dégagement.

• Plonger le tube à dégagement dans le tube n°1.

• Observer.

2. Exploitation:

• Quelle est la nature du produit caractérisé par l'eau de chaux?

• Sachant que dans le tube n°1, il s'est formé du carbonate de calcium et de l'eau, écrire l'équation de cette réaction.

• Sachant que l'autre produit formé dans le tube n°2 est de l'eau, proposer une équation pour la réaction qui a eu lieu dans ce tube.

VI. Réaction entre les ions hydroxyde et les ions ammonium

1. Manipulation

• Dans un tube à essai n°1, introduire environ 3mL de la solution de chlorure d'ammonium.

• Ajouter ensuite 1 mL de la solution de sulfate de cuivre.

• Observer.

• Dans un tube à essai n°2, introduire environ 3mL de la solution d'ammoniac.

• Ajouter ensuite 1 mL de la solution de sulfate de cuivre.

• Observer.

• Dans un tube n°3, introduire environ 3mL de la solution de chlorure d'ammonium, puis avec précaution 1mL de la solution d'hydroxyde de sodium.

• Ajouter environ 1mL de la solution de sulfate de cuivre.

• Observer.

• Dans un tube n°4, introduire environ 3mL de la solution d'ammoniac, puis avec précaution 1mL de la solution d'acide sulfurique.

• Ajouter environ 1mL de la solution de sulfate de cuivre.

• Observer.

2. Exploitation:

• Quel produit s'est formé dans le tube n°3.

• Sachant que les ions Na+ et Cl- sont spectateurs et qu'il s'est formé uniquement deux produits, proposer une équation pour cette réaction.

• Quel produit s'est formé dans le tube n°4.

• Sachant que les ions SO42- ne réagissent pas et qu'il s'est formé uniquement deux produits, proposer une équation pour cette réaction.

VII. Conclusion

Toutes les réactions précédentes mettent en jeu le transfert d'une espèce ionique entre les réactifs. Déterminer la nature de cette espèce en comparant les équations des différentes réactions acido-basiques.

Réactions d’oxydoréduction 

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectifs :

• Effectuer quelques réactions d'oxydoréduction.

• Déterminer les réactifs et les produits.

• Ecrire les demi équations d'oxydoréduction ainsi que l'équation de la réaction.

II. Matériel :

• Des tubes à essai sur un support.

• Deux béchers de 100mL.

• Un bécher de 50mL.

• Une paire de lunettes de protection.

• Une boite d’allumettes.

• De la limaille de fer.

• De la paille de fer.

• Une spatule.

• Une solution d’acide chlorhydrique de concentration 0,5mol.L-1.

• Une solution d’hydroxyde de sodium de concentration 0,1mol.L-1.

• Une solution de sulfate de cuivre de concentration 0,1mol.L-1.

• Une solution de sulfate de fer (II) (ou de sel de Mohr) de concentration 0,1mol.L-1.

• Une solution de permanganate de potassium de concentration 5.10-3mol.L-1.

• Une solution d’acide sulfurique de concentration 1mol.L-1.

III. Réaction entre le fer et l’acide chlorhydrique:

1. Manipulation:

1. Dans un tube à essai, introduire une spatule de limaille de fer.

2. Se munir de lunette et ajouter avec précaution 2mL de la solution d’acide chlorhydrique.

3. Observer. Boucher un court instant l’ouverture du tube avec le doigt pour emprisonner le gaz qui se dégage.

4. Toujours muni de lunettes, approcher avec précaution l’ouverture du tube d’une flamme.

5. Lorsque la réaction semble terminée, ajouter avec précaution quelques gouttes de la solution d’hydroxyde de sodium. Observer.

2. Exploitation:

1. Déterminer les réactifs effectivement engagés dans la réaction.

2. Quelle est la nature du gaz dégagé par la réaction ?

3. Quel est le produit de la réaction mis en évidence par la solution d’hydroxyde de sodium ?

4. Ecrire les demi équations d’oxydoréduction, puis l’équation de la réaction d’oxydoréduction réalisée.

IV. Action du fer sur les ions cuivre (II):

1. Manipulation :

1. Dans un tube à essai, placer un morceau de paille de fer.

2. Ajouter quelques millilitres de la solution de sulfate de cuivre (II).

3. Au bout d’une minute, prélever environ 2mL de la solution, les placer dans un tube et y ajouter avec précaution quelques gouttes de la solution d’hydroxyde de sodium.

4. Observer l’aspect du morceau de paille de fer au bout d’environ 5 minutes.

2. Exploitation:

1. Déterminer les réactifs effectivement engagés dans la réaction.

2. D'après les tests réalisés, quels sont les produits de la réaction?

3. Ecrire les demi équations d’oxydoréduction, puis l’équation de la réaction d’oxydoréduction réalisée.

V. Réaction entre les ions fer(II) et l’ion permanganate :

1. Manipulation :

1. Verser environ 20mL de la solution de sulfate de fer (II) (ou de sel de Mohr) dans un bécher n°1.

2. Dans un bécher n°2, verser environ 20mL de la solution de permanganate de potassium et, muni de lunettes, y ajouter avec précaution environ 2mL de la solution d’acide sulfurique.

3. Verser doucement le contenu du bécher n°2 dans le bécher n°1 et observer. On obtient une solution que l’on appellera "solution finale".

4. Préparer deux tubes à essai : l’un contenant quelques millilitres de la solution de sulfate de fer (II) et l’autre contenant quelques millilitres de la solution finale.

5. Ajouter avec précaution dans chacun de ces tubes quelques gouttes de solution d’hydroxyde de sodium. Observer.

2. Exploitation:

1. Déterminer les réactifs effectivement engagés dans la réaction.

2. D'après les tests réalisés, quels sont les produits de la réaction?

3. Ecrire les demi équations d’oxydoréduction, puis l’équation de la réaction d’oxydoréduction réalisée.

Dosages d’oxydoréduction

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectifs:

• Réaliser deux dosages d'oxydoréduction.

II. Matériel:

• Une burette de Mohr de 25mL.

• Un bécher de 50mL et deux béchers de 100mL.

• Un agitateur magnétique.

• Une pipette jaugée de 20mL munie d'un pipeteur.

• Une éprouvette graduée de 10mL.

• Une solution aqueuse de permanganate de potassium de concentration Co=2,5.10-2mol.L-1.

• Une solution aqueuse de sel de Mohr de concentration Cr inconnue (environ 0,1mol.L-1).

• Une solution aqueuse d'acide sulfurique de concentration 1,0mol.L-1.

• Une pissette d'eau distillée.

• Une solution aqueuse de diiode concentration Co inconnue (environ 5,0.10-5 mol.L-1).

• Une solution aqueuse de thiosulfate de sodium de concentration Cr=1,0.10-4mol.L-1.

• Un flacon d'iodex (ou de l'empois d'amidon).

• Une spatule.

III. Dosage des ions fer (II) par les ions permanganate en milieu acide:

1. Montage:

Voir ci-contre.

2. Manipulation:

1. Rincer la burette à l'eau distillée, puis avec la solution aqueuse de permanganate de potassium.

2. Remplir la burette avec la solution aqueuse de permanganate de potassium.

3. Placer un volume Vr=20mL de la solution aqueuse de sel de Mohr (prélevé à l'aide de la pipette munie d'un pipeteur) dans le bécher de 50mL et y placer l'aimant de l'agitateur magnétique.

4. A l'aide de l'éprouvette graduée, ajouter avec précaution 2mL de la solution d'acide sulfurique.

5. Agiter et verser 1,0mL de la solution aqueuse de permanganate de potassium. Observer le changement de couleur.

6. Renouveler l'opération jusqu'à l'équivalence et relever le volume Vo de solution aqueuse de permanganate de potassium versé à l'équivalence.

3. Exploitation:

1. Ecrire l'équation bilan de la réaction du dosage.

2. Comment repère-t-on l'équivalence?

3. En déduire une relation entre les quantités de matière de réactif no et nr à l'équivalence.

4. En déduire la concentration Cr de la solution de sel de Mohr en ions Fe2+.

IV. Dosage du diiode en solution aqueuse par les ions thiosulfate:

1. Montage:

Identique au précédent.

2. Manipulation:

1. Rincer la burette à l'eau distillée, puis avec la solution aqueuse de thiosulfate de sodium.

2. Remplir la burette avec la solution aqueuse de thiosulfate de sodium.

3. Placer un volume Vo=20mL de la solution aqueuse de diiode (prélevé à l'aide de la pipette munie d'un pipeteur) dans le bécher de 50mL et y placer l'aimant de l'agitateur magnétique.

4. Agiter et verser millilitre par millilitre la solution aqueuse de thiosulfate de sodium jusqu'à ce que la teinte de la solution soit très pâle.

5. Ajouter dans le bécher une spatule de "iodex" (ou quelques millilitres d'empois d'amidon).

6. Poursuivre le dosage jusqu'à l'équivalence.

3. Exploitation:

1. Ecrire l'équation bilan de la réaction du dosage.

2. Comment repère-t-on l'équivalence?

3. En déduire une relation entre les quantités de matière de réactif no et nr à l'équivalence.

4. En déduire la concentration Co de la solution de diiode.

Dosage conductimétrique

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectif

• Détermination de la concentration d'un acide par dosage conductimétrique.

II. Matériel

• Une burette de Mohr de 25mL.

• Un bécher de 200mL et trois béchers de 100mL.

• Une pissette d'eau distillée.

• Une fiole jaugée de 100mL.

• Une cellule conductimétrique.

• Un agitateur magnétique.

• Un pied de mécanique muni d'une noix de serrage.

• Deux pinces plates.

• Un générateur basse fréquence muni d'une fiche BNC.

• Deux multimètres.

• Cinq grands fils de connexion.

• Une solution d'hydroxyde de sodium de concentration Cb=1,00.10-1mol.L-1.

• De l'acide chlorhydrique de concentration Ca inconnue (environ 1,00.10-2mol.L-1).

III. Manipulation

1. Réaliser le montage nécessaire à la réalisation d'un dosage conductimétrique.

2. Y adapter la cellule conductimétrique.

3. Réaliser le montage électrique permettant la mesure de la conductance de la solution.

4. Placer 100mL d'acide chlorhydrique (mesurés à l'aide de la fiole jaugée) dans le bécher de 200mL.

5. Rincer la burette et la remplir avec la solution d'hydroxyde de sodium.

6. Régler la fréquence du GBF à 2kHz et appliquer une tension efficace d'environ 7V.

7. Relever la tension U aux bornes de la cellule conductimétrique ainsi que l'intensité I du courant qui traverse la solution.

8. Ajouter la solution d'hydroxyde de sodium millilitre par millilitre jusqu'à Vb=20mL et compléter le tableau ci-dessous (on utilisera le tableur Régressi).

Vb (mL)

I(A)

U(V)

G(s)

IV. Exploitation

1. Tracer le graphe G=f(Vb).

2. Commenter l'allure de la courbe.

3. Linéariser les deux parties de la courbe et déterminer le volume de la solution d'hydroxyde de sodium versé à l'équivalence.

4. Déterminer la concentration Ca de l'acide chlorhydrique.

Analyse de molécules

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectifs

• Etudier des molécules en observant leur structure spatiale.

• Observer et interpréter la géométrie de molécules organiques.

II. Matériel

• Ordinateur.

• Navigateur internet équipé du plug-in Chemscape Chimie édité par la société MDL.

• Boîte de modèles moléculaires.

III. Manipulation

A l'aide du navigateur, charger la page HTML "molécules".

Pour chaque molécule:

• Observer la molécule et en déduire le nombre et la nature des liaisons covalentes réalisées par chacun de ses atomes.

• Donner la représentation de Lewis de la molécule.

• Construire la molécule en modèle éclaté à l'aide des modèles moléculaires.

IV. Exploitation

1. Le carbone est susceptible de former des liaisons simple, double et triple. Comment reconnaît-on sur l'image de la molécule, un atome de carbone échangeant une liaison double, ou une liaison triple?

2. Quel est la structure spatiale d'un atome de carbone ne formant que des liaisons simple?

3. Quel est la structure spatiale d'un atome de carbone qui possède une liaison double?

4. Quel est la structure spatiale d'un atome de carbone qui possède une liaison triple ou deux liaisons double?

5. Représenter quelques molécules contenant un atome de carbone tétragonal, trigonal et digonal.

6. L'oxygène est susceptible de former deux liaisons simple ou une double. Comment distinguer sur l'image de la molécule un atome d'oxygène doublement lié d'un atome d'oxygène simplement lié?

7. Représenter deux molécules contenant un atome d'oxygène simplement lié ou doublement lié.

8. Quelle est la structure spatiale de l'atome d'azote de la méthylamine ou de l'éthylamine?

Structure et propriétés de composés organiques

Les manipulations seront effectuées sous la hotte. On portera des gants et des lunettes de protection.

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectifs

• Reconnaître le squelette carboné et le groupe caractéristique d'une molécule.

• Réaliser des tests visant à mettre en évidence l'importance du squelette carboné d'une molécule organique.

• Réaliser des tests caractéristiques du groupe fonctionnel d'une molécule organique.
   

II. Matériel

• Tubes à essai sur support.

• Bain marie.

• Paire de gants + lunettes de protection.

• Solution aqueuse très diluée de dibrome (eau de brome).

• Flacon de cyclohexane.

• Flacon de cyclohexène.

• Flacon de 2-méthylbut-2-ène.

• Solution acidifiée de permanganate de potassium (très peu concentrée).

• Flacon d'éthanol.

• Flacon de propan-1-ol.

• Flacon de butan-1-ol.

• Flacon de pentan-1-ol

• Solution de 2,4-dinitro-phénylhydrazine (DNPH).

• Flacon de propanone.

• Flacon de propanal.

• Pissette d'eau distillée.
   

III. Action d'une solution de dibrome

1. Manipulation

• Préparer trois tubes à essai contenant chacun environ 1mL d'une solution aqueuse diluée de dibrome aussi appelée eau de brome (attention, le dibrome est toxique).

• Ajouter au premier une goutte de cyclohexane, au deuxième une goutte de cyclohexène et au troisième une goutte de 2-méthylbut-2-ène.

• Agiter après chaque ajout et observer.

2. Exploitation

• Rechercher les formules semi-développées des trois composés organiques.

• A quoi peut-on attribuer la réaction observée dans deux des trois cas précédents?
   

IV. Réaction d'une solution acide de permanganate de potassium

1. Manipulation

• Préparer trois tubes à essai contenant chacun environ 1mL d'une solution de permanganate de potassium qui a été acidifiée par de l'acide sulfurique.

• Ajouter au premier une goutte d'éthanol, au deuxième une goutte de propan-1-ol et au dernier une goutte de cyclohexane.

• Agiter après chaque ajout, tiédir éventuellement au bain marie.

• Observer.

2. Exploitation

• Ecrire les formules semi-développées des composés organiques précédents.

• Indiquer quel groupe caractéristique participe aux réactions observées.
   

V. Réaction d'une solution de 2,4-dinitro-phénylhydrazine (DNPH)

1. Manipulation

• Préparer quatre tubes à essai contenant chacun environ 1mL d'une solution de DNPH.

• Ajouter au premier une goutte de propanone, au deuxième une goutte de propanal, au troisième une goutte d'éthanol et au quatrième une goutte de cyclohexane.

• Observer.

2. Exploitation

• Ecrire les formules semi-développées des composés organiques précédents.

• A quoi peut-on attribuer les réactions observées?
   

VI. Etude de la solubilité

1. Manipulation

• Dans un tube à essai contenant environ 1mL d'eau distillée, introduire goutte à goutte, environ 1mL d'éthanol en agitant et en observant le mélange après chaque goutte ajoutée.

• Recommencer la manipulation en remplaçant l'éthanol par du propan-1-ol, par du butan-1-ol, puis par du pentan-1-ol.

• Observer les différences de comportement de ces quatre alcools.

2. Exploitation

• Rechercher la formule développée des quatre alcools.

• Qu'ont-ils en commun? Qu'est-ce qui les différencie?

• A quoi peut-on attribuer les différences observées lors de l'étude de leur solubilité dans l'eau?

Polymérisation du styrène - Dépolymérisation du plexiglas

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

On travaillera sous la hotte, muni de gants et de lunettes de protection.

I. Objectifs

• Préparer un polymère du styrène.

• Dépolymériser une matière plastique.

II. Matériel

• Des gants et des lunettes de protection.

• Un pied de mécanique + une noix + une pince trois doigts.

• Une ampoule à décanter sur support.

• Un bain-marie et une plaque chauffante.

• Des tubes à essais, un bécher de 100mL, un erlenmeyer de 50mL, une éprouvette graduée de 50mL.

• Un tube à essai muni d'un réfrigérant à air et un tube à essai muni d'un tube à dégagement.

• Une coupelle, une pissette d'eau distillée, une spatule et une pince en bois.

• Une brique.

• Un flacon de styrène et un petit morceau de plexiglas.

• Un flacon de carbonate de potassium anhydre et un flacon d'eau de brome.

• Une solution d'hydroxyde de sodium de concentration 1mol.L-1.

• Un flacon de peroxyde de benzoyle.

III. Polymérisation du styrène

Réaliser le montage ci-contre. Mettre le chauffage du bain marie en fonction.

1. Lavage du styrène:

Laver le styrène (pour éliminer l'inhibiteur de polymérisation stabilisant le styrène, qui est soluble dans l'eau en milieu basique). Pour cela, réaliser les opération suivantes:

• S'équiper de gants et de lunettes de protection.

• Dans l'ampoule à décanter, verser 5mL de styrène commercial.

• Ajouter 5mL de la solution de soude.

• Boucher, agiter délicatement et laisser décanter.

• Eliminer la phase aqueuse et laver à nouveau avec 10mL d'eau distillée.

• Après élimination de l'eau de lavage, recueillir le styrène dans un petit erlenmeyer contenant environ 0,5g de carbonate de potassium anhydre.

• Boucher et agiter délicatement une minute.

• Transvaser le liquide dans un tube à essais sec.

Questions: Dans quelle phase se situe le styrène lors de l'opération de lavage? Comment le vérifier? Que peut-on dire de la densité du styrène?

2. Polymérisation du styrène:

1. Ajouter 0,15g de peroxyde de benzoyle au styrène contenu dans le tube. Adapter un réfrigérant à air et après avoir agité, placer le tube dans le bain-marie au voisinage de l'ébullition.

2. Attendre une trentaine de minutes en surveillant de temps à autre la viscosité du liquide.

3. Saisir le tube avec la pince en bois, le refroidir sous un filet d'eau avant de le déboucher.

4. Faire couler le contenu du tube sur une brique.

IV. Dépolymérisation du plexiglass

1. Dans un tube à essai n°1, placer un petit morceau de plexiglass (polyméthacrylate de méthyle).

2. Dans un tube à essai n°2, introduire quelques millilitres d'eau de brome.

3. Adapter un tube à dégagement sur le tube n°1 et plonger son extrémité dans le tube n°2.

4. Maintenir le tube n°1 à l'aide de la pince en bois et le chauffer avec précaution au dessus du bec Bunsen.

5. Observer le tube n°2.

Question: Interpréter les observations.

Groupes caractéristiques - Oxydation des alcools

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

On travaillera sous la hotte, muni de gants et de lunettes de protection.

I. Objectifs

• Reconnaître le groupe fonctionnel d'une molécule organique grâce à un test.

• Réaliser l'oxydation ménagée d'un alcool.

II. Matériel

• Tubes à essai sur support.

• Bécher de 250mL et de 600mL.

• Agitateur en verre.

• Pince en bois.

• Fil de cuivre.

• Solution d'hydroxyde de sodium de concentration 0,1mol.L-1 (comptes gouttes).

• Solution d'ammoniac de concentration 1mol.L-1.

• Solution de méthylamine (10mL dans 500mL d'eau).

• Solution de chlorure d'hydrogène (acide chlorhydrique) de concentration 0,1mol.L-1.

• Solution d'acide éthanoïque de concentration 0,1mol.L-1.

• Solution aqueuse de nitrate d'argent de concentration 0,1mol.L-1.

• Solution alcoolique de nitrate d'argent (5g de nitrate d'argent dans 100mL d'éthanol).

• Solution aqueuse de bromure de potassium (1 spatule dans 500mL d'eau).

• Bromobutane.

• Solution d'éthanal (dilué au 1/100).

• Acétone (propanone).

• Ethanol.

• Solution acidifiée de permanganate de potassium de concentration 2,5.10-3mol.L-1.

• Bleu de bromothymol.

• DNPH.

• Réactif de Schiff.

• Liqueur de Fehling.

• Papier filtre.

• Papier pH.

• Gants + lunettes.

III. Composés azotés: les amines

1. Manipulation:

• Préparer trois tubes à essai contenant respectivement environ 1mL:

  • De la solution d'hydroxyde de sodium.

  • De la solution d'ammoniac.

  • De la solution de méthylamine.

• Ajouter quelques gouttes de bleu de bromothymol et observer.

2. Exploitation:

Rechercher la formule semi-développée de la méthylamine. Quelle est la propriété des amines mise en évidence?

IV. Acide carboxylique

1. Manipulation:

• Préparer deux tubes à essai contenant respectivement environ 1mL:

  • De la solution de chlorure d'hydrogène (acide chlorhydrique).

  • De la solution d'acide éthanoïque.

• Ajouter quelques gouttes de bleu de bromothymol et observer.

2. Exploitation:

Rechercher la formule semi-développée de l'acide éthanoïque. Quelle est la propriété des acides carboxyliques mise en évidence?

V. Composés organiques halogénés

1. Manipulation:

• Préparer deux tubes à essai contenant respectivement environ 1mL:

  • De la solution aqueuse de nitrate d'argent.

  • De la solution alcoolique de nitrate d'argent.

• Ajouter dans le premier tube environ 1mL de la solution de bromure de potassium et dans le second environ 1mL de bromobutane. Attendre quelques instants et observer.

2. Exploitation:

Rechercher la formule semi-développée du bromobutane. Quelle est la propriété des composés organiques halogénés mise en évidence?

VI. Composés carbonylés

A. Test de la DNPH

1. Manipulation:

• Préparer deux tubes à essai contenant respectivement environ 1mL de DNPH.

• Ajouter dans le premier tube quelques gouttes de la solution d'éthanal.

• Ajouter dans le second tube quelques gouttes de propanone.

• Observer.

2. Exploitation:

Rechercher la formule semi-développée de l'éthanal et de la propanone. Quels est le groupe caractéristique qui réagit avec la DNPH?

B. Test du réactif de schiff

1. Manipulation:

• Préparer deux tubes à essai contenant respectivement environ 1mL de réactif de Schiff.

• Ajouter dans le premier tube quelques gouttes de la solution d'éthanal.

• Ajouter dans le second tube quelques gouttes de propanone.

• Observer.

2. Exploitation:

Quels sont les composés carbonylés qui réagissent avec le réactif de Schiff?

C. Test de la liqueur de Fehling

1. Manipulation:

• Dans un tube à essai, verser environ 2mL de liqueur de Fehling. Ajouter environ 1mL de la solution d'éthanal.

• Tiédir légèrement à la flamme du bec Bunsen en maintenant le tube avec une pince en bois.

• Observer.

2. Exploitation:

Quels sont les composés carbonylés qui réagissent avec le réactif de Schiff?

D. Miroir d'argent

1. Préparation du réactif de Tollens (nitrate d'argent ammoniacal)

• Verser dans un tube environ 2mL de la solution de nitrate d'argent.

• Ajouter quelques gouttes de la solution d'ammoniac. Un précipité brun apparaît.

• Ajouter à nouveau goutte à goutte la solution d'ammoniac jusqu'à la redissolution du précipité brun.

2. Réalisation du miroir d'argent

Ajouter environ 1mL de la solution d'éthanal dans le tube contenant le réactif de Tollens et placer au bain marie une dizaine de minutes.

VII. Oxydation ménagée des alcools

A. Oxydation par le permanganate de potassium

1. Manipulation:

• Préparer deux tubes à essai contenant respectivement:

  • 1mL d'eau (tube témoin).

  • 1mL d'éthanol.

• Ajouter à chaque tube environ 1mL de la solution acidifiée de permanganate de potassium. Eventuellement tiédir légèrement au bain marie. Observer.

2. Exploitation:

• Quels sont les couples mis en jeu lors de l'oxydation de l'éthanol par l'ion permanganate?

• Ecrire les équations bilan de la réaction.

B. Oxydation catalytique par le dioxygène (lampe sans flamme)

1. Manipulation:

• Réaliser le montage suivant ci-dessous:

• Tiédir légèrement l'éthanol.

• Chauffer la spirale de cuivre avec le bec Bunsen jusqu'à la porter au rouge et l'introduire dans le bécher. Observer.

2. Exploitation:

Ecrire l'équation bilan de la réaction.

Travaux pratiques de physique

Étude du mouvement d'un solide

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectifs

• Être capable d'identifier le type du mouvement d'un solide.

• Être capable de déterminer la vitesse instantanée d'un mobile.

• Savoir tracer un vecteur vitesse.

• Connaître la relation entre vitesse linéaire et vitesse angulaire.
   

II. Étude de différents mouvements pour un solide

1. Matériel

Ordinateur + logiciel CD MOVIE.

2. Manipulation

Pour chacun des mouvements suivants, relever les positions successives de deux points du mobile au cours du temps. En déduire les caractéristiques du mouvement ainsi que sa nature.

• 1er mouvement: fichier TRAPMP.MOV (Image -> Série d'images -> Par nom de fichier)

• 2ème mouvement: fichier TOURDI.MOV

• 3ème mouvement: fichier ESGLTR.MOV
   

III. Étude du centre d'inertie

1. Matériel

• Table à coussin d'air horizontale.

• Mobile muni d'un éclateur central A et d'un éclateur périphérique B.

2. Manipulation

Lancer le mobile et déclencher les impulsions (intervalle entre deux impulsions: 20ms).

3. Exploitation

Que peut-on dire des trajectoires des points A et B?

Que peut-on dire du point A?

IV. Vecteur vitesse

1. Matériel

• Table à coussin d'air.

• Valet élévateur.

2. Manipulations

Incliner la table à coussin d'air d'un angle a par rapport à l'horizontale à l'aide du valet élévateur.

Lancer le mobile de façon à obtenir un mouvement parabolique et déclencher les impulsions (intervalle entre deux impulsions: 40ms).

3. Exploitation

Sélectionner un point M proche du sommet de la trajectoire et déterminer la vitesse instantanée du mobile en ce point.

Tracer le vecteur vitesse du mobile au point M (échelle 1cm<->0,05m.s-1).

V. Étude d'un mouvement circulaire uniforme

1) Matériel:

• Table à coussin d'air horizontale.

• Plot central muni d'un axe.

• Fil.

2) Manipulation:

Fixer le solide par un fil sur l'axe.

Repérer la position O de l'axe.

Lancer le solide: celui-ci effectue un mouvement circulaire.

Déclencher les impulsions.

3) Exploitation:

a) Vitesse linéaire:

Numéroter les points de l'enregistrement (M0, M1, ...).

Déterminer la vitesse instantanée du mobile lors de son passage au point M10.

En déduire la vitesse moyenne du mobile entre les points M0 et M10.

Tracer le vecteur vitesse du mobile au point M10.

b) Vitesse angulaire:

Mesurer à l'aide d'un rapporteur la valeur q de l'angle (OM10,OM18).

En déduire la valeur de la vitesse angulaire w du mobile.

Mesurer le rayon R de la trajectoire.

Calculer la quantité R.w. Comparer R.w à la vitesse moyenne du mobile.

Étude de quelques forces macroscopiques

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectifs

• Mettre en évidence les différents effets d'une force.

• Comprendre la nature d'un force répartie.

• Établir la relation existant entre le poids d'un corps et sa masse.

• Réaliser l'étalonnage d'un ressort.

• Réaliser des situations expérimentales permettant la mesure de forces.

II. Effets d'une force

1. Matériel

• Pâte à modeler.

2. Manipulation

• Exercer une force sur la pâte à modeler.
  Quel est l'effet produit?

• Lâcher la pâte à modeler sans vitesse initiale d'une hauteur d'environ deux mètres.
  Quelle force agit alors sur la pâte à modeler? Quel est l'effet produit?

• Lancer la pâte à modeler en lui communiquant une vitesse dont la direction fait un angle a avec l'horizontale.
  Quelle force agit alors sur la pâte à modeler? Quel est l'effet produit?

III. Etude du poids d'un corps

1. Matériel

• Bobine de fil.

• Pâte à modeler.

• Objet en carton.

• Pied de mécanique + une noix + une pince 4 doigts.

• Fil à plomb.

• Briquet ou boite d'allumette.

• Dynamomètre 5N.

• Boite de masses marquées

2. Manipulation

1. Suspendre un morceau de pâte à modeler au dynamomètre et relever son poids.
   Fractionner le morceau de pâte à modeler en deux parties et relever leurs poids respectifs.
   Parmi les mots suivants, choisir le ou les adjectifs qui conviennent pour caractériser le poids.
   Dense, Localisée, Lourd, A distance, Répartie, De contact
    

2. Manipulation effectuée au bureau par le professeur
   Suspendre un fil à plomb au support de mécanique et placer un morceau de craie sur le bureau à la verticale du fil à plomb.
   Brûler le fil.
   A quelle action le fil à plomb est-il soumis lorsque le fil est coupé? En déduire la direction et le sens du vecteur poids.
    

3. Suspendre l'objet en carton à l'aide d'un fil sur le pied de mécanique.
   Tracer les verticales des trois points de suspension à l'aide du fil à plomb.
   En déduire la position du point d'application du poids.
    

4. Relation entre le poids d'un corps et sa masse
   Suspendre successivement les masses: m=100g, 150g, 200g,..., 450g.
   Mesurer les valeurs de P (poids) correspondantes.
   Saisir les valeurs de m et de P sur l'ordinateur.
   Tracer le graphe P=f(m).
   Le graphe obtenu est une droite passant par l'origine dont on déterminera le coefficient directeur a.
   En déduire l'expression littérale de P en fonction de m.

IV) Étude de la tension d'un ressort

1. Matériel:

• Ressort.

• Double ou triple décimètre.

• Boite de masses marquées.

• Pied de mécanique + deux noix + une pince 3 doigts + une pince plate.

2. Manipulation

1. Suspendre le ressort à la pince 3 doigts.
   Fixer la règle verticalement à l'aide de la pince plate de telle façon que le zéro corresponde à la spire libre du ressort.
   Suspendre la masse m=10g à l'extrémité libre du ressort et mesurer l'allongement de celui-ci.
   Recommencer cette opération avec les masses 20g, 30g, 40g, ..., 200g.
   Saisir les valeurs de m et de x (allongement) sur l'ordinateur.
    

2. Créer et calculer une nouvelle variable P(poids du corps).
   Tracer le graphe x=f(P).
    

3. Que peut-on dire de l'allongement x du ressort.
   Imaginer une méthode permettant d'utiliser le graphe précédent pour mesurer la valeur d'une force.

V. Mesure de la poussée d'Archimède

1. Matériel:

• Bobine de fil.

• Pied de mécanique + une noix + une pince 4 doigts.

• Dynamomètre 5N.

• Boite de masses marquées.

• Valet élévateur.

• Éprouvette graduée de 500mL.

2. Manipulation

1. Suspendre une masse marquée de 200g à l'extrémité d'un fil. Fixer le dynamomètre au support de mécanique et y accrocher l'autre extrémité du fil. Relever l'indication du dynamomètre lorsque la masse marquée est dans l'air.
    

2. Placer 250mL d'eau dans une éprouvette graduée de 500mL et régler le dispositif précédent de façon à ce que la masse marquée soit totalement immergée. Relever l'indication du dynamomètre lorsque la masse marquée est dans l'eau.
    

3. Lire sur l'éprouvette le volume d'eau déplacé par l'immersion de la masse marquée.

3. Exploitation

1. Déterminer la valeur de la poussée d'Archimède exercée sur l'objet.

2. Calculer le poids du volume d'eau déplacé lors de l'immersion.

3. Comparer les deux valeurs précédentes.

Lois de Newton

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectif:

• Vérifier les lois de Newton.

II. Matériel

• Table à coussin d'air + accessoires.

• Réglet de 50cm.

• Papier A3.

• Valet élévateur.

III. Première loi de Newton ou principe de l'inertie

1. Manipulation

Lancer le mobile sur la table horizontale et réaliser l'enregistrement du mouvement de son centre d'inertie.

2. Exploitation

1. Faire le bilan des forces appliquées au solide.

2. Montrer que leur somme vectorielle est nulle.

3. A partir de l'enregistrement, montrer que le mouvement du centre d'inertie est rectiligne uniforme (préciser le référentiel utilisé).

4. Que pouvez vous dire du vecteur vitesse du centre d'inertie?

5. Enoncer la première loi de Newton (principe de l'inertie).

IV. Deuxième loi de Newton (approche)

A. Premier exemple

1. Manipulation:

1. Abandonner le mobile, sans vitesse initiale, sur la table inclinée d'un angle a par rapport à l'horizontale.

2. Enregistrer le mouvement.

2. Exploitation

1. Faire le bilan des forces appliquées au solide (faire un schéma).

2. Sur le schéma précédent, remplacer le vecteur  par ses projections x et y.

3. Que peut on dire de la somme y+N?

4. Quels sont la direction et le sens de la somme des forces appliquées au solide?

5. Choisir trois points M1, M2, M3 consécutifs vers la fin de l'enregistrement.

6. Déterminer les vitesses V1 et V3. Tracer les vecteurs vitesse 1 et 3 correspondants.

7. Représenter au point M2 le vecteur D=3-1.

8. Quels sont sa direction et son sens? Comparer ces caractéristiques à celles de la résultante des forces appliquées au solide.

9. Enoncer cette première approche de la deuxième loi de Newton.

B. Deuxième exemple

1. Manipulation

1. Lancer le mobile sur la table à coussin d'air inclinée d'un angle a de façon à obtenir un mouvement parabolique.

2. Enregistrer le mouvement.

2. Exploitation

1. Faire le bilan des forces appliquées au solide (faire un schéma).

2. Sur le schéma précédent, remplacer le vecteur  par ses projections x et y.

3. Que peut on dire de la somme y+N?

4. Quels sont la direction et le sens de la somme des forces appliquées au solide?

5. Choisir trois points M1, M2, M3 consécutifs vers le sommet de la trajectoire.

6. Déterminer les vitesses V1 et V3. Tracer les vecteurs vitesse 1 et 3 correspondants.

7. Représenter au point M2 le vecteur D=3-1.

8. Quels sont sa direction et son sens. Comparer ces caractéristiques à celles de la résultante des forces appliquées au solide?

9. Enoncer cette première approche de la deuxième loi de Newton.

C. Troisième exemple

1. Manipulation

1. Fixer le mobile au plot central par l'intermédiaire d'un fil.

2. Lancer le mobile et réaliser l'enregistrement du mouvement circulaire.

2. Exploitation

1. Faire le bilan des forces appliquées au solide (faire un schéma).

2. Quels sont la direction et le sens de la somme des forces appliquées au solide?

3. Choisir trois points M1, M2, M3 consécutifs quelconques.

4. Déterminer les vitesses V1 et V3. Tracer les vecteurs vitesse 1 et 3 correspondants.

5. Représenter au point M2 le vecteur D=3-1.

6. Quels sont sa direction et son sens. Comparer ces caractéristiques à celles de la résultante des forces appliquées au solide.

7. Enoncer cette première approche de la deuxième loi de Newton.

Travail d'une force

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectifs

• Exprimer et calculer le travail d'une force constante.

• Comprendre l'effet de ce travail sur le mouvement.

II. Etude de la chute libre

1. Matériel

• Ordinateur + interface Orphy GTS.

• Ensemble "chute libre" Micrélec.

2. Manipulation

• Lancer le logiciel chute.

• Sélectionner "Vitesse" dans le menu.

• Choisir une longueur de raies de 5mm.

• Réaliser l'acquisition.

• Sauvegarder le fichier et quitter le logiciel.

• Lancer le logiciel Régressi pour Windows.

• Ouvrir le fichier précédent.

• A l'aide d'une balance, peser la règle.

3. Exploitation

• Modéliser et tracer la courbe V=f(t).

• Déterminer la vitesse initiale du centre d'inertie de la règle.

• Déterminer la vitesse du centre d'inertie lorsque celui-ci a chuté de 50mm.

• Déterminer la variation de vitesse DV du centre d'inertie.

• Déterminer le travail W du poids de la règle sur ce déplacement.

• Comparer les signes de DV et de W.

• Comment qualifie-t-on le travail du poids? Quel est son effet sur la vitesse du centre d'inertie de la règle?

II. Mouvement circulaire uniforme

1. Matériel

• Table à coussin d'air + accessoires.

• Plot central.

• Fil.

2. Manipulation

• Fixer le mobile au plot central à l'aide d'un fil.

• Lancer le mobile et réaliser l'enregistrement du mouvement.

3. Exploitation

• Choisir deux points quelconques (assez éloignés l'un de l'autre) de la trajectoire.

• Déterminer les vitesses VA et VB du mobile lors de son passage aux points A et B.

• Calculer DV=VB-VA.

• Faire le bilan des forces appliquées au mobile et les représenter sur un schéma de profil.

• Déterminer la somme W des travaux des forces appliquées au solide entre A et B.

• Comparer DV et W.

• Quel est l'effet de l'ensemble de ces forces sur le mouvement du mobile? (on attend deux éléments de réponse).

III. Mouvement sur un plan incliné

1. Matériel

• Table à coussin d'air + accessoires.

• Valet élévateur.

2. Manipulation

• A l'aide du lanceur, réaliser l'enregistrement d'un mouvement parabolique sur la table inclinée.

• Sans déplacer la feuille, lâcher le mobile à coté du bord de façon à enregistrer la ligne de plus grande pente.

3. Exploitation

• Choisir deux points A et B de la trajectoire (A vers le début de la trajectoire et B vers le sommet).

• Déterminer les vitesses VA et VB du mobile lors de son passage aux points A et B.

• Calculer DV=VB-VA.

• Faire le bilan des forces appliquées au mobile lorsqu'il a quitté le lanceur et les représenter sur un schéma de profil.

• Tracer sur l'enregistrement deux droites horizontales passant par les points A et B.

• A partir de la distance D séparant ces deux horizontales, déterminer la dénivellation h existant entre A et B.

• Déterminer la somme W des travaux des forces appliquées au solide entre A et B.

• Comparer DV et W.

• Comment qualifier le travail du poids du mobile? Quel est son effet sur la vitesse de celui-ci?

Chute libre

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Matériel

• Ordinateur muni d'une interface de mesure.

• Ensemble chute libre Micrélec.

• Support de mécanique.

II Manipulation

1. Lancer le logiciel "Chute".

2. Sélectionner "Vitesse" dans le menu et choisir une largeur de raie de 5mm.

3. Effectuer un enregistrement.

4. Sauver vos mesures dans un fichier.

III. Exploitation

1. Lancer le logiciel Régressi et charger le fichier précédent.

2. On veut étudier la relation qui existe entre V2 (carré de la vitesse de chute) et h (hauteur de chute). Pour cela, déterminer V2 et h à chaque instant de mesure (créer une nouvelle variable).

3. Tracer la droite V2=f(h).

4. Déterminer l'équation de cette droite.

5. Que représente l'ordonnée à l'origine?

6. En vous basant sur la valeur numérique de la pente, pouvez-vous donner son expression littérale?

7. En déduire l'expression littérale de V2=f(h).

Travail et énergie cinétique

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectifs

• Vérifier le théorème de l'énergie cinétique dans le cas du mouvement d'un mobile sur un plan incliné.

• Vérifier le théorème de l'énergie cinétique dans le cas et de la chute libre.

II. Mobile en mouvement sur un plan incliné

1. Matériel

• Table à coussin d'air inclinée d'un angle a par rapport à l'horizontale.

• Valet élévateur.

• Ordinateur.

2. Manipulation

Réaliser un enregistrement d'un mouvement rectiligne (abandonner le mobile sans vitesse initiale).

3. Exploitation

1. Peser le mobile.

2. Faire un bilan des forces extérieures agissant sur le mobile.

3. Numéroter les points de la trajectoire (A0, A1…An). On choisira A0 de telle façon que la vitesse en ce point ne soit pas nulle.

4. Déterminer la vitesse V0 du mobile au point Ao. En déduire l'énergie cinétique du mobile lorsque celui-ci passe au point A0.

5. Déterminer l'expression littérale de l'énergie cinétique du mobile au point Ai en fonction de la distance d=Ai-1Ai+1.

6. Déterminer l'expression du travail du poids du solide entre les points A0 et Ai en fonction de la distance D=A0Ai.

7. Compléter le tableau (Regressi):

i

d(m)

D(m)

Ec(J)

W(J)

8. Tracer la courbe Ec=f(W) et la modéliser.

9. Que représente l'ordonnée à l'origine de la droite obtenue. Quel est son coefficient directeur? En déduire une expression du théorème de l'énergie cinétique.

II. Chute libre (facultatif)

La correction de cette partie n'est pas disponible.

1. Matériel

• Ordinateur + interface Orphy GTS.

• Ensemble "chute libre" Micrélec.

2. Manipulation

1. Lancer le logiciel "Chute".

2. Sélectionner "Vitesse" dans le menu.

3. On imposera une largeur de raie de 5mm.

4. Effectuer un enregistrement.

3. Exploitation

1. Sauver vos mesures et passer sous le logiciel d'exploitation Regressi pour Windows.

2. Charger le fichier précédent.

3. Créer une nouvelle variable h (hauteur de chute) et saisir ses valeurs (les raies sont espacées de 5mm).

4. Créer une variable calculée Ec (énergie cinétique de la règle à l'instant considéré).

5. Créer une variable calculée Wp (travail du poids de la règle à l'instant considéré).

6. Tracer la courbe Ec=f(Wp) et la modéliser.

7. Que représente l'ordonnée à l'origine de la droite obtenue. Quel est son coefficient directeur? En déduire une expression du théorème de l'énergie cinétique.

Travail et énergie potentielle de pesanteur

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectifs

• Montrer que pour un solide en mouvement sans frottement, la somme Ec+Ep est constante.

• Etudier les transferts et les transformations d'énergie.

II. Matériel

• Table à coussin d'air et accessoires.

• Valet élévateur.

• Ordinateur muni d'un tableur

• Feuille de papier A3.

• Fil et plot central.

III. Manipulation

1. Mesurer l'angle a d'inclinaison de la table par rapport à l'horizontale.

2. Peser le mobile.

3. Fixer le mobile au plot central à l'aide d'un fil de façon à réaliser un pendule.

4. A l'aide de la main, écarter le pendule de sa position d'équilibre et le lâcher d'un point Ao (fil tendu). Enregistrer le mouvement.

5. Sans bouger la feuille, déterminer la ligne de plus grande pente.

IV. Exploitation

1. On choisira le niveau de référence de l'énergie potentielle à la position d'équilibre E du pendule. Tracer un système d'axes sur l'enregistrement, l'axe Ox passant par E, l'axe Oy étant parallèle à la ligne de plus grande pente.

2. Pour chaque point de la première partie de l'enregistrement (de Ao à E), mesurer la distance D séparant le point Ai de l'axe Ox puis mesurer la distance d=Ai-1Ai+1.

3. Donner les expressions littérales de l'énergie potentielle de pesanteur Epp et de l'énergie cinétique Ec en fonction de m, g, d, D, a et t.

4. Compléter le tableau suivant (on utilisera le tableur Régressi).

t (s)

D (m)

d (m)

Ec (J)

Epp (J)

Ec + Epp (J)

5. Tracer les graphes Epp=f(t), Ec=f(t) et Ec+Epp=f(t) sur le même système d'axes.

6. Préciser comment évolue chacune des grandeurs précédentes.

7. Déterminer le travail fourni par l'opérateur pour amener le mobile de E à Ao.

8. Lire sur le graphe la variation d'énergie potentielle du pendule entre ces deux points.

9. Comparer les deux derniers résultats et conclure.

10. Que devient l'énergie potentielle du pendule lors de son mouvement entre Ao et E?

Récepteurs électriques

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectifs

• Tracer la caractéristique intensité tension d'un électrolyseur et la modéliser.

• Vérifier la loi de Joule.
   

II. Matériel

• Générateur 12V continu 10A.

• Rhéostat de 33W.

• Deux multimètres.

• Electrolyseur en U muni d'électrodes de carbone.

• Fils de connexion.

• Solution aqueuse de sulfate de cuivre de concentration C=0,40mol.L-1.

• Calorimètre + accessoires (dont une résistance chauffante d'environ 1W).

• Sonde de température 0-100°C.

• Eprouvette graduée de 250mL.

• Ordinateur muni d'une interface de mesure Orphy GTS et du tableur Regressi.
   

III. Caractéristique d'un électrolyseur

1. Manipulation

1. Réaliser le montage ci-contre.

2. Appliquer une tension U d'environ 10V et relever la valeur I de l'intensité du courant électrique.

3. Renouveler la mesure pour U variant de 9V à 1V par pas de 1V et compléter le tableau ci-dessous.

I(A)

U(V)

2. Exploitation

1. Tracer la caractéristique U=f(I).

2. Modéliser sa partie linéaire.

3. En déduire la résistance interne r' de l'électrolyseur ainsi que sa force contre électromotrice E'.
    

IV. Loi de Joule

1. Manipulation

1. Réaliser le montage ci-contre.

2. A l'aide de l'éprouvette graduée, placer une masse m=400g d'eau dans le calorimètre.

3. Régler les paramètres d'acquisition du logiciel Regressi de la façon suivante:

   • Abscisse: temps; durée d'acquisition: 600s; nombre de points: 50.

   • Ordonnée: Voie EA6: T(°C); Etalonnage: 0°C à 100°C.

4. Appliquer une tension de valeur U1=12V aux bornes de la résistance immergée. dans le calorimètre et relever la valeur de l'intensité I1 du courant traversant le circuit.

5. Réaliser l'acquisition de la température q1 de l'eau à intervalles de temps réguliers pendant 10 minutes.

6. Transférer la courbe q1=f(t) obtenue dans le logiciel Regressi.

7. Renouveler la manipulation en appliquant une tension U2=6V aux bornes de la résistance immergée et relever l'intensité du courant I2 ainsi que la courbe q2=f(t).

2. Exploitation

1. A l'aide du logiciel, calculer les grandeurs Dq1= q1 - qo1 et Dq2= q2 - qo2 pour chaque valeur du temps t (qo1 et qo2représentent les températures initiales de l'eau et du calorimètre au début de chaque manipulation).

2. Tracer les courbes Dq1=f(t) et Dq2=f(t) sur le même graphique.

3. Comment évolue la variation de température Dq par rapport au temps? En déduire que Dq=a.t.

4. Déterminer les coefficients directeurs a1 et a2 des droites Dq1=f(t) et Dq2=f(t).

5. L'énergie reçue par l'ensemble {eau+calorimètre} est proportionnelle à son élévation de température: QJ=k.Dq. En déduire l'expression de QJ en fonction du temps.

6. Calculer le rapport a1/a2 et le comparer au rapport I12/I22. En déduire que le coefficient directeur de la droite Dq=f(t) peut s'écrire a=a.I2.

7. En déduire l'expression de la loi de Joule.

Distribution de l'énergie dans un circuit électrique

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectifs

• Etudier la distribution de l'énergie dans un circuit électrique

• Vérifier la loi d'additivité des tensions.

• Vérifier la loi des nœuds.

• Vérifier la loi d'ohm pour un conducteur ohmique.
   

II. Matériel

• Un générateur de tension continue réglable.

• Deux multimètres.

• Une platine de montage.

• Des résistances de 100W, 220W et 470W montées sur cavalier.

• Quatre cavaliers.

• Des fils de connexion.

• Un ordinateur muni d'un tableur (Regressi par exemple).
   

III. Loi d'additivité des tensions

1. Manipulation

1. Réaliser le montage ci-contre avec R1=100W, R2=220W et R3=470W.

2. Appliquer une tension U d'environ 1V aux bornes du circuit, puis mesurer l'intensité I du courant dans celui-ci ainsi que les tensions U1, U2 et U3 aux bornes des résistances R1, R2 et R3.

3. Renouveler les mesures précédentes en faisant varier la tension aux bornes du circuit de 2V à 8V par pas de 1V et compléter le tableau ci-dessous.

U (V)

I (A)

U1 (V)

U2 (V)

U3 (V)

1,0

4. Mesurer à l'aide de l'ohmmètre les valeurs des résistances R1, R2 et R3.

2. Exploitation

1. Donner l'expression de la puissance électrique Pe fournie par le générateur au circuit.

2. Donner l'expression des puissances électriques P1, P2 et P3 consommées dans les résistances R1, R2 et R3.

3. En déduire l'expression de la puissance totale PJ consommée par effet Joule dans le circuit.

4. Saisir les mesures précédentes dans le tableur Régressi.

5. A l'aide du tableur, calculer Pe, P1, P2, P3 et PJ pour chaque point de fonctionnement du circuit.

6. Tracer les courbes Pe=f(U) et PJ=f(U). Comparer Pe et PJ.

7. En déduire une relation entre les puissances Pe, P1, P2 et P3.

8. A partir de la relation précédente, établir la relation existant entre la tension U aux bornes du circuit et les tensions U1, U2 et U3 aux bornes des résistances R1, R2 et R3 (loi d'additivité des tensions).

3. Pour aller plus loin

1. Tracer les droites U1=f(I), U2=f(I) et U3=f(I) et vérifier la loi d'ohm pour un conducteur ohmique.

2. Modéliser ces droites de façon à vérifier les valeurs des résistances R1, R2 et R3.
    

III. Loi des noeuds

1. Manipulation

1. Réaliser le montage ci-contre avec R1=220W et R2=470W.

2. Appliquer une tension U d'environ 1V aux bornes du circuit, puis mesurer l'intensité I du courant dans celui-ci ainsi que les intensités I1 et I2 des courants traversant les résistances R1, R2.

3. Renouveler les mesures précédentes en faisant varier la tension aux bornes du circuit de 2V à 8V par pas de 1V et compléter le tableau ci-dessous.

U (V)

I (A)

I1 (A)

I2 (A)

1,0

2. Exploitation

1. Donner l'expression de la puissance électrique Pe fournie par le générateur au circuit.

2. Donner l'expression des puissances électriques P1, P2 consommées dans les résistances R1 et R2.

3. En déduire l'expression de la puissance totale PJ consommée par effet Joule dans le circuit.

4. Saisir les mesures précédentes dans le tableur Régressi.

5. A l'aide du tableur, calculer Pe, P1, P2 et PJ pour chaque point de fonctionnement du circuit.

6. Tracer les courbes Pe=f(U) et PJ=f(U). Comparer Pe et PJ.

7. En déduire une relation entre les puissances Pe, P1, et P2.

8. A partir de la relation précédente, établir la relation existant entre l'intensité I du courant traversant le circuit et les intensités I1 et I2 des courants traversant les résistances R1 et R2 (loi des nœuds).

Champ magnétique

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectifs

• Réaliser le spectre du champ magnétique créé par un aimant.

• Etudier le champ magnétique créé par un solénoïde.
   

II. Matériel:

• Aimant droit + limaille de fer.

• Aiguille aimantée mobile sur support (boussole).

• Générateur 12V/10A continu.

• Rhéostat de 33W.

• Teslamètre + sonde de Hall.

• Multimètre.

• Solénoïde long.

• Fils de connexion.

• 3 petites feuilles de papiers marquées "Nord", "Sud", "Sens du courant".
   

III. Réalisation d'un spectre

• Placer une feuille de papier sur un aimant droit.

• Saupoudrer la feuille de limaille de fer.
   

IV. Champ magnétique créé par un solénoïde

1. Montage

Réaliser le montage suivant:

2. Préliminaires

Déterminer expérimentalement les faces de la bobine. Placer les étiquettes: face nord, face sud, flèche indiquant le sens du courant dans la bobine, sur votre montage.

3. Etude de B(0)=f(n) (0: centre du solénoïde et n: nombre de spires par mètre)

1. Choisir un enroulement comportant N=400 spires et imposer un courant I=2A. Mesurer le champ magnétique au centre du solénoïde B1(0).

2. Choisir un enroulement comportant N=200 spires et imposer un courant I=2A. Mesurer le champ magnétique au centre du solénoïde B2(0).

4. Etude de B(0)=f(I)

1. Choisir N=200 spires et placer la sonde de Hall au centre du solénoïde.

2. Faire varier le courant I de 0 à 3A par pas de 0,5A et relever les valeurs du champ magnétique B correspondantes.

3. Tracer la courbe B=f(I).

5. Exploitation

A partir des expériences 2. et 3. montrer que B(0) est proportionnel à n et à I. En déduire la valeur du coefficient de proportionnalité noté µo.

Lentilles minces convergentes

Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

I. Objectifs

• Déterminer la distance focale d'une lentille convergente.

• Vérifier la relation de conjugaison.

• Modéliser un projecteur de diapositives.

II. Matériel

• Un banc d'optique, une lanterne et son alimentation.

• Deux supports de lentille, un miroir sur support, un écran sur support (ou un verre dépoli).

• Un objet dissymétrique, une lentille de vergence C=+10d.

• Une diapositive représentant un quadrillage millimétré.

III. Mesure de la distance focale d'une lentille par autocollimation

1. Manipulation

Réaliser le montage ci dessous.

La distance miroir-objet étant fixe, déplacer la lentille à une distance d=10cm de l'objet.

2. Exploitation

• Où l'image se forme-t-elle? Quel est son sens? Quelle est sa taille?

• A partir des observations précédentes, proposer une méthode de détermination de la distance focale d'une lentille mince convergente.

IV. Vérification de la loi de conjugaison

1. Manipulation

• Réaliser le même montage que précédemment en remplaçant le miroir par un écran (ou par un verre dépoli).

• Placer la lentille à une distance OA=12cm de l'objet. Positionner l'écran en A' de façon à obtenir une image nette. Relever la distance OA'.

• Renouveler ces opérations pour les valeurs de OA indiquées dans le tableau ci-dessous et compléter celui-ci.

-12,0.10-2

-15,0.10-2

-18,0.10-2

-20,0.10-2

-22,0.10-2

-25,0.10-2

2. Exploitation

• Tracer le graphe de la fonction .

• Déterminer le coefficient directeur et l'ordonnée à l'origine de ce graphe.

• La formule de conjugaison est-elle vérifiée?

V. Principe d'un projecteur de diapositives

A partir de vos connaissances sur les lentilles, imaginer et réaliser un projecteur de diapositives.