Physique-Chimie : programme de 1re S

B.O. n°9 du 30 septembre 2010

Programme


Le programme de première de la série scientifique s’articule autour de trois grandes phases de la démarche scientifique : observer, comprendre, agir.

OBSERVER

Couleurs et images

Comment l’oeil fonctionne-t-il ? D’où vient la lumière colorée ? Comment créer de la couleur ?

Notions et contenus Compétences attendues
Couleur, vision et image
L’oeil ; modèle de l’oeil réduit.

Décrire le modèle de l’oeil réduit et le mettre en correspondance avec l’oeil réel.

Lentilles minces convergentes : images réelle et virtuelle.
Distance focale, vergence.

Déterminer graphiquement la position, la grandeur et le sens de l’image d’un objet-plan donnée par une lentille convergente.

Relation de conjugaison ; grandissement.

Modéliser le comportement d’une lentille mince convergente à partir d’une série de mesures.
Utiliser les relations de conjugaison et de grandissement d’une lentille mince convergente.

Accommodation.

Modéliser l’accommodation du cristallin.

Fonctionnements comparés de l’oeil et d’un appareil photographique.

Pratiquer une démarche expérimentale pour comparer les fonctionnements optiques de l’oeil et de l’appareil photographique.

Couleur des objets.
Synthèse additive, synthèse soustractive.
Absorption, diffusion, transmission.

Interpréter la couleur observée d’un objet éclairé à partir de celle de la lumière incidente ainsi que des phénomènes d’absorption, de diffusion et de transmission.
Utiliser les notions de couleur blanche et de couleurs complémentaires.
Prévoir le résultat de la superposition de lumières colorées et l’effet d’un ou plusieurs filtres colorés sur une lumière incidente.
Pratiquer une démarche expérimentale permettant d’illustrer et comprendre les notions de couleurs des objets.


Sources de lumière colorée
Différentes sources de lumière : étoiles, lampes variées, laser, DEL, etc.
Domaines des ondes électromagnétiques.
Distinguer une source polychromatique d’une source monochromatique caractérisée par une longueur d’onde dans le vide.
Connaître les limites en longueur d’onde dans le vide du domaine visible et situer les rayonnements infrarouges et ultraviolets.
Couleur des corps chauffés. Loi de Wien. Exploiter la loi de Wien, son expression étant donnée.
Couleur des corps chauffés. Loi de Wien. Exploiter la loi de Wien, son expression étant donnée.
Pratiquer une démarche expérimentale permettant d’illustrer et de comprendre la notion de lumière colorée.
Interaction lumière-matière : émission et absorption.
Quantification des niveaux d’énergie de la matière.
Modèle corpusculaire de la lumière : le photon.
Énergie d’un photon.
Interpréter les échanges d’énergie entre lumière et matière à l’aide du modèle corpusculaire de la lumière.
Spectre solaire. Expliquer les caractéristiques (forme, raies) du spectre solaire.

Matières colorées
Synthèse soustractive. Interpréter la couleur d’un mélange obtenu à partir de matières colorées.
Colorants, pigments ; extraction et synthèse. Pratiquer une démarche expérimentale mettant en oeuvre une extraction, une synthèse, une chromatographie.
Réaction chimique : réactif limitant, stoechiométrie, notion d’avancement. Identifier le réactif limitant, décrire quantitativement l’état final d’un système chimique.
Interpréter en fonction des conditions initiales la couleur à l’état final d’une solution siège d’une réaction chimique mettant en jeu un réactif ou un produit coloré.
Dosage de solutions colorées par étalonnage. Loi de Beer-Lambert. Pratiquer une démarche expérimentale pour déterminer la concentration d'une espèce colorée à partir d'une courbe d'étalonnage en utilisant la loi de Beer-Lambert.
Molécules organiques colorées : structures moléculaires, molécules à liaisons conjuguées. Savoir que les molécules de la chimie organique sont constituées principalement des éléments C et H.
Reconnaître si deux doubles liaisons sont en position conjuguée dans une chaîne carbonée.
Indicateurs colorés. Établir un lien entre la structure moléculaire et le caractère coloré ou non coloré d’une molécule.
Repérer expérimentalement des paramètres influençant la couleur d’une substance (pH, solvant,etc.).
Liaison covalente
Formules de Lewis ; géométrie des molécules. Rôle des doublets non liants. Isomérie Z/E.
Décrire à l’aide des règles du « duet » et de l’octet les liaisons que peut établir un atome (C, N, O, H) avec les atomes voisins.
Interpréter la représentation de Lewis de quelques molécules simples.
Mettre en relation la formule de Lewis et la géométrie de quelques molécules simples.
Prévoir si une molécule présente une isomérie Z/E.
Savoir que l'isomérisation photochimique d'une double liaison est à l'origine du processus de la vision.
Mettre en oeuvre le protocole d’une réaction photochimique.
Utiliser des modèles moléculaires et des logiciels de modélisation.
Recueillir et exploiter des informations sur les colorants, leur utilisation dans différents domaines, et les méthodes de détermination des structures (molécules photochromes, indicateurs colorés, peintures, etc.).

COMPRENDRE

Lois et modèles

Quelles sont les causes physiques à l’oeuvre dans l’Univers ? Quelles interactions expliquent à la fois les stabilités et les évolutions physiques et chimiques de la matière ? Quels modèles utilise-t-on pour les décrire ? Quelles énergies leur sont associées ?

Notions et contenus Compétences attendues
Cohésion et transformations de la matière
La matière à différentes échelles : du noyau à la galaxie.

Connaître les ordres de grandeur des dimensions des différentes structures des édifices organisés.

Particules élémentaires : électrons, neutrons, protons. Charge élémentaire e.

Connaître l’ordre de grandeur des valeurs des masses d’un nucléon et de l’électron. Savoir que toute charge électrique peut s’exprimer en fonction de la charge élémentaire e.

Interactions fondamentales : interactions forte et faible, électromagnétique, gravitationnelle.
Cohésion du noyau, stabilité.
Associer, à chaque édifice organisé, la ou les interactions fondamentales prédominantes.

Radioactivité naturelle et artificielle. Activité.

Recueillir et exploiter des informations sur la découverte de la radioactivité naturelle et de la radioactivité artificielle.

Réactions de fission et de fusion.
Lois de conservation dans les réactions nucléaires.

Connaître la définition et des ordres de grandeur de l’activité exprimée en becquerel. Utiliser les lois de conservation pour écrire l’équation d’une réaction nucléaire.

Défaut de masse, énergie libérée.
Réactions nucléaires et aspects énergétiques associés.
Ordre de grandeur des énergies mises en jeu.
Solide ionique. Interaction électrostatique ; loi de Coulomb.

Recueillir et exploiter des informations sur les réactions nucléaires (domaine médical, domaine énergétique, domaine astronomique, etc.). Interpréter la cohésion des solides ioniques et moléculaires.
Solide moléculaire. Interaction de Van der Waals, liaison hydrogène. Réaliser et interpréter des expériences simples d’électrisation.
ÉlectronégativitéRecueillir et exploiter des informations sur les applications de la structure de certaines molécules (super absorbants, tensioactifs, alginates, etc.).
Effet du caractère polaire d’un solvant lors d’une dissolution. Prévoir si un solvant est polaire.
Conservation de la matière lors d’une dissolution. Écrire l’équation de la réaction associée à la dissolution dans l’eau d’un solide ionique.
Savoir qu’une solution est électriquement neutre.
Élaborer et réaliser un protocole de préparation d’une solution ionique de concentration donnée en ions.
Mettre en oeuvre un protocole pour extraire une espèce chimique d’un solvant.
Variation de température et transformation physique d’un système par transfert thermique. Interpréter à l’échelle microscopique les aspects énergétiques d’une variation de température et d’un changement d’état.
Pratiquer une démarche expérimentale pour mesurer une énergie de changement d’état.
Nomenclature des alcanes et des alcools ; formule semi-développée. Reconnaître une chaîne carbonée linéaire, ramifiée ou cyclique. Nommer un alcane et un alcool.
Donner les formules semi-développées correspondant à une formule brute donnée dans le cas de molécules simples.
Lien entre les températures de changement d’état et la structure moléculaire dans le cas de l’eau, des alcools et des alcanes.
Miscibilité des alcools avec l’eau.
Interpréter :
- l’évolution des températures de changement d’état au sein d’une famille de composés ;
- les différences de température de changement d’état entre les alcanes et les alcools ;
- la plus ou moins grande miscibilité des alcools avec l’eau.
Réaliser une distillation fractionnée.
Réactions chimiques et aspects énergétiques associés : énergie libérée lors de la combustion d’un hydrocarbure ou d’un alcool ; ordres de grandeurÉcrire une équation de combustion.
Mettre en oeuvre un protocole pour estimer la valeur de l’énergie libérée lors d’une combustion.

Champs et forces
Exemples de champs scalaires et vectoriels : pression, température, vitesse dans un fluide. Recueillir et exploiter des informations (météorologie, téléphone portable, etc.) sur un phénomène pour avoir une première approche de la notion de champ.
Champ magnétique : sources de champ magnétique (Terre, aimant, courant).
Champ électrostatique
Champ de pesanteur local
Décrire le champ associé à des propriétés physiques qui se manifestent en un point de l’espace.
Décrire le champ associé à des propriétés physiques qui se manifestent en un point de l’espace.
Comprendre comment la notion de champ a émergé historiquement d’observations expérimentales.
Pratiquer une démarche expérimentale pour cartographier un champ magnétique ou électrostatique.
Connaître les caractéristiques :
- des lignes de champ vectoriel ;
- d’un champ uniforme ;
- du champ magnétique terrestre ;
- du champ électrostatique dans un condensateur plan ;
- du champ de pesanteur local.
Loi de la gravitation ; champ de gravitation.
Lien entre le champ de gravitation et le champ de pesanteur.
Identifier localement le champ de pesanteur au champ de gravitation, en première approximation.

Formes et principe de conservation de l’énergie
Énergie d’un point matériel en mouvement dans le champ de pesanteur uniforme : énergie cinétique, énergie potentielle de pesanteur, conservation ou non conservation de l’énergie mécanique.
Frottements ; transferts thermiques ; dissipation d’énergie.

Connaître et utiliser l’expression de l’énergie cinétique d’un solide en translation et de l’énergie potentielle de pesanteur d’un solide au voisinage de la Terre.
Réaliser et exploiter un enregistrement pour étudier l’évolution de l’énergie cinétique, de l’énergie potentielle et de l’énergie mécanique d’un système au cours d’un mouvement.

Formes d’énergie

Connaître diverses formes d’énergie.

Principe de conservation de l’énergie.
Application à la découverte du neutrino dans la désintégration.
Exploiter le principe de conservation de l’énergie dans des situations mettant en jeu différentes formes d’énergie.

AGIR

Défis du XXIe siècle

En quoi la science permet-elle de répondre aux défis rencontrés par l’Homme dans sa volonté de développement tout en préservant la planète ?

Notions et contenus Compétences attendues
Convertir l’énergie et économiser les ressources
Ressources énergétiques renouvelables ou non ; durées caractéristiques associées. Transport et stockage de l’énergie ; énergie électrique. Recueillir et exploiter des informations pour identifier des problématiques :
- d'utilisation des ressources énergétiques ;
- du stockage et du transport de l’énergie.
Argumenter en utilisant le vocabulaire scientifique adéquat.
Production de l’énergie électrique ; puissance.
Conversion d’énergie dans un générateur, un récepteur. Loi d’Ohm. Effet Joule.
Notion de rendement de conversion.
Distinguer puissance et énergie.
Connaître et utiliser la relation liant puissance et énergie.
Connaître et comparer des ordres de grandeur de puissances.
Schématiser une chaîne énergétique pour interpréter les conversions d’énergie en termes de conservation, de dégradation.

Pratiquer une démarche expérimentale pour :
- mettre en évidence l’effet Joule ;
- exprimer la tension aux bornes d’un générateur et d’un récepteur en fonction de l’intensité du courant électrique.

Recueillir et exploiter des informations portant sur un système électrique à basse consommation.
Stockage et conversion de l’énergie chimique. Recueillir et exploiter des informations sur le stockage et la conversion d’énergie chimique.
Énergie libérée lors de la combustion d’un hydrocarbure ou d’un alcool. Écrire une équation de combustion. Argumenter sur l’impact environnemental des transformations mises en jeu. Déterminer l’ordre de grandeur de la masse de CO2 produit lors du déplacement d’un véhicule.
Piles salines, piles alcalines, piles à combustible.
Accumulateurs.
Polarité des électrodes, réactions aux électrodes.
Pratiquer une démarche expérimentale pour réaliser une pile et modéliser son fonctionnement. Relier la polarité de la pile aux réactions mises en jeu aux électrodes. Recueillir et exploiter des informations sur les piles ou les accumulateurs dans la perspective du défi énergétique.
Oxydant, réducteur, couple oxydant/réducteur, réaction d’oxydo-réduction.
Modèle par transfert d’électrons.
Reconnaître l’oxydant et le réducteur dans un couple.
Écrire l’équation d’une réaction d’oxydo-réduction en utilisant les demi-équations redox.

Synthétiser des molécules et fabriquer de nouveaux matériaux
Nanochimie. Recueillir et exploiter des informations sur un aspect de la nanochimie (nanotubes de carbone, nanomédicaments, nanoparticules métalliques, etc.).
Synthèse ou hémisynthèse de molécules complexes, biologiquement actives. Recueillir et exploiter des informations sur une synthèse d’une molécule biologiquement active en identifiant les groupes caractéristiques.
Alcools, aldéhydes, cétones : nomenclature, oxydations. Nommer des alcools, aldéhydes, cétones et acides carboxyliques.
Reconnaître la classe d’un alcool.
Écrire l’équation de la réaction d’oxydation d’un alcool et d’un aldéhyde.
Acides carboxyliques : nomenclature, caractère acide, solubilité et pH.
Obtention d’un acide carboxylique ou d’une cétone ; rendement d’une synthèse.
Pratiquer une démarche expérimentale pour :
- extraire un acide carboxylique d’un mélange ;
- oxyder un alcool ou un aldéhyde ;
- mettre en évidence par des tests caractéristiques ou une CCM un ou des produits issus de l’oxydation d’un alcool ;
- déterminer la valeur du rendement d’une synthèse.

Réaliser une extraction par solvant, un chauffage à reflux, une filtration sous vide, une CCM, une distillation en justifiant du choix du matériel à utiliser.
Argumenter à propos d’une synthèse en utilisant des données physico-chimiques et de sécurité.
Synthèses et propriétés de matériaux amorphes (verres), de matériaux organisés (solides cristallins, céramiques) et de matières plastiques. Recueillir et exploiter des informations pour relier les propriétés physiques d’un matériau à sa structure microscopique.

Créer et innover
Culture scientifique et technique ; relation science-société.
Métiers de l’activité scientifique (partenariat avec une institution de recherche, une entreprise, etc.).
Réinvestir la démarche scientifique sur des projets de classe ou de groupes.

Comprendre les interactions entre la science et la société sur quelques exemples.
Communiquer sur la science par exemple en participant à des actions de promotion de la culture scientifique et technique.

Recueillir et exploiter des informations sur l’actualité scientifique et technologique, sur des métiers ou des formations scientifiques et techniques en lien avec des ressources locales.
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