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REPUBLIQUE DU BENIN

***********************

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SECONDAIRE,

DE LA FORMATION TECHNIQUE ET PROFESSIONNELLE, DE

LA RECONVERSION ET DE L’INSERTION DES JEUNES*******************************************

SUPPORT DE COURS : RAPPELS ET EXERCICES CORRIGES****************************************

S.P.C.T PROGRAMME DE TROISIEME

DOCUMENT DE L’APPRENANT ET DE L’ENSEIGNANT.

Classe de Troisième

OCTOBRE 2014

2Réalisateur : ISSAMA Boniface professeur stagiaire à L’ENS Natitingou Cell : 95 61 77 10/ 97242486

Mes mots :

Aux apprenants

L’apprenant se réfèrera aux orientations générales qui fondent les programmes d’études, puis aux éléments de planification qui sous-tendent la mise en œuvre d’une situation d’apprentissage ;

Ce document permettra aux apprenants de trouver des angles d’approche et des techniques qui rendent les SPCT attractives (méthode active, constructivisme, socioconstructivisme, travail de groupe, discussion dirigée, recherche documentaire…).

Il intéressera les apprenants, les mettra à niveau, les persuadera de l’importance des SPCT dans la vie courante.

Toi apprenant ,Tu dois être assidus aux cours, être partisans de l’effort soutenu et avoir de la méthode dans ton travail. Tu dois concevoir et développer des stratégies d’apprentissage qui te permettront d’apprendre efficacement, aisément pour maîtriser ce que tu apprends. Tu dois développer aussi l’esprit critique, l’esprit d’équipe et de curiosité. Tu ne dois jamais perdre confiance en toi-même puisque c’est là tout gagede réussite. Tu dois savoir distinguer le temps des loisirs et celui des études et prendre conscience que ton avenir en dépend.

Aux Enseignants.

Qu’est-cequ’unbonenseignant ? Comment définiriez-vous un bon enseignant ? Est-ce celui qui est capable de développer la

mémoire d’un enfant au point que ce dernier puisse réciter par cœur ses leçons et réussir les

interrogations ? Ou est-ce celui qui enseigne à s’interroger, à penser et à raisonner ? Lequel

aide un enfant à devenir un meilleur citoyen ?

“ Quand nous, les enseignants, admettons que nous sommes les partenaires de nos élèves

pour un voyage complexe de toute une vie, quand nous commençons à les traiter avec le

respect et la dignité qu’ils méritent simplement en tant qu’êtres, alors nous sommes sur la

bonne voie pour devenir des enseignants qualifiés. Un bon enseignant devrait commencer

sa formation en prenant le temps de créer entre l’apprenant et lui un climat détendu qui leur

permettra de tisser des liens d’amitié. Un enseignant efficace est quelqu’un qui non

seulement aime former, mais qui aime la personne qu’il forme. Un bon enseignant ne se met

pas en colère contre ses apprenants.“ La perspicacité d’un homme retarde sa colère ”, a

déclaré le sage roi Salomon (Proverbes 19:11). Un bon enseignant est celui qui accepte

toutes les questions des apprenants, ne les humilie pas, les traite avec impartialité. C’est

aussi simple et aussi difficile que cela.

3 Un bon enseignant discerne le potentiel de chaque élève et sait comment le faire éclore et

fleurir. William Ayers a fait observer : “ Il nous faut trouver une meilleure approche, une

approche qui construise à partir des forces, des expériences, des talents et des aptitudes.

[...] Je me souviens du plaidoyer d’une Amérindienne, mère d’un enfant qu’on avait

catalogué comme ‘ cancre ’ : ‘ “ Loup-des-bourrasques ” connaît les noms et les habitudes

migratoires de plus de 40 oiseaux. Il sait qu’un aigle parfaitement équilibré a une queue de

13 plumes. Ce dont il a besoin, c’est d’un professeur qui ait conscience de tout son

potentiel. ’ ”

Pour tirer le meilleur de chaque enfant, le professeur doit découvrir ce qui l’intéresse ou le

motive et ce qui le fait réagir. Un enseignant dévoué doit aimer les enfants.

Un bon enseignant est avant tout un enseignant prévenant, attentionné, qui se dépense sans

compter pour ses élèves. [...] Bien enseigner n’est pas une question de techniques, de

styles, de projets ou d’initiatives spécifiques. [...] L’enseignement est avant tout une question

d’amour, de vocation. ” Sans aucun doute, de nombreux professeurs ont été encouragés à

ne pas baisser les bras, malgré les échecs, quand ils ont reçu des témoignages de

reconnaissance de la part des élèves et même des parents. La plupart de ces marques de

reconnaissance ont pour point commun l’intérêt réel, la gentillesse et l’amour manifestés par

le professeur envers son apprenant.

SA 1 : EQUILIBRE D’UN SOLIDE ET TRANSFERT D’ENERGIE

Compétence disciplinaire à étudier   :

CD N° 1 : Elaborer une explication d’un fait ou d’un phénomène de son environnement naturel ou construit en mettant en œuvre les modes de raisonnement propres aux SPCT.

Situation de départTEXTE DE DEPART :

Jojo, élève en classe de 4ème pendant les vacances a visité le chantier en construction du passage

supérieur du carrefour de GODOMEY. De retour à la maison à Cotonou, il demande à son oncle

maçon Kodjo : « Pourquoi ya-t-il plus d’ouvriers sur ton chantier que sur le chantier de construction

du passage supérieur ? » son oncle lui répond : « Ils sont mécanisés ; la machine fait mieux et plus

vite ce que peuvent faire plusieurs personnes. La machine comme l’homme déploie la force qui

travaille. Le travail est un mode de transfert d’énergie. L’homme qui travaille fournit donc de

l’énergie et doit bien manger pour avoir assez de force tout comme la machine qui brûle du

carburant pour fonctionner. C’est pourquoi sur les chantiers les ouvriers s’acharnent souvent à

maintenir en équilibre leurs brouettes chargées.

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Tâche : Elabore une explication des faits et informations évoqués dans la SD

Introduction :

Activité1 : Exprime ta perception initiale des faits

1-1 Relèves dans le texte les faits et informations qui y sont évoqués

1-2 Dis ce que tu sais de chacun de ces faits et informations

1-3 Discute de ta perception avec tes camarades et retiens avec eux les démarches et étapes

nécessaires pour mieux comprendre chacun de ces faits

Matériel   : Situation de départ

Activité2 : Circonscrits les faits évoqués

2-1 Définis une force.

2-2 Donne les caractéristiques d’une force.

2-3 Cite quelques forces particulières.

2-4 Donne les caractéristiques du poids d’un corps.

2-5- a Donne les caractéristiques de la réaction.

2-5-b Donne l’expression de l’intensité de la tension d’un ressort.

2-5-c Donne l’expression de l’intensité F de la poussée d’Archimède.

Matériel   : Situation de départ

Activité 3 : Propose une explication à chacun des faits circonscrits.Activité3-1 : La résultante de deux ou de plusieurs forces

3-1 Définis la résultante de deux ou plusieurs forces.

3-2 Propose un schéma puis donne les caractéristiques de la résultante.

Matériel   : connaissances antérieures ; documents de SPCT traitant du sujet.

Activité4 : Mets à l’épreuve la proposition d’explication choisieSous-Activité4-1 : Conditions d’équilibre d’un solide

4-1-1 Donne la condition d’équilibre d’un solide soumis à deux forces.

4-1-2 Donne la condition d’équilibre d’un solide soumis à trois forces non parallèles (cas d’un solide reposant sur un plan incliné)

4-1-3 Donne la condition d’équilibre d’un solide soumis à trois forces parallèles.

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Matériel   : doc1, doc 2 et doc 3 tout document de SPCT traitant le sujet.

T T R R T F1 F2

P P

2

Support :

4/Pour déterminer la masse m d’un solide, Cossi le suspend à un ressort de constante de raideur K.Ce dernier s’allonge de a.

Données : K =50N /m ; a= 5 cm ; g= 10N/Kg

Consigne

Fais le schéma puis propose une explication à la détermination de la masse m. Applique toi.

Sous-Activité4-2 : Moments des forces

4-2-1 a/ Définis le moment d’une force et donne son expression

4-2-2 On considère la barre ci-après mobile autour d’un axe fixe delta en O :

Fais le bilan des forces appliquées à cette barre.

Cite les forces qui tendent à tourner la barre dans le sens des aiguilles d’une montre puis

celles qui tendent à la faire tourner dans le sens contraire des aiguilles d’une montre.

Explique la démarche suivie pour distinguer ces deux cas de forces.

4-2-3 Calcule la somme des moments de F4 et F2 puis cette de F1, F3 et P et dis ton constat.

4-2-4 Enonce alors le théorème des moments

4-2-5 Ecris la condition d’équilibre de la barre puis déduis-en théoriquement l’expression de

l’intensité de la force

Données : F1= 10N ; F2 = 20N ; F3 = 1,8 N ; F4 = 8N ; m de la barre mb= 1kg ; g = 10N/ kg ; AB = 100 cm ; OA = 80cm ; OD = 15cm ; OE= 10cm ; CD = 55 cmMS1= 9.6 N.m et MS2= 9.6 N.m

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F4

A D O F3 B

- C E

F2

Matériel   : connaissances antérieures ; barre, documents de SPCT traitant du sujet.Activité4-3: Application du théorème des moments à quelques machines simples(le treuil et les leviers)

4-3-1 Définis un couple de forces et précise l’expression de son moment.

4-3-2 Décris un treuil et donne la nature du mouvement de la charge puis celle de la manivelle.

4-3-3 Etablis l’expression de la hauteur H parcourue par la charge et de la distance D parcourue par le bout de la manivelle pour n tours de manivelle.

4-3-4 Fais le schéma simplifié du treuil avec les forces qui lui sont appliquées puis établis l’expression de l’intensité de la force exercée par l’utilisateur.

4-3-5 Donne l’intérêt de l’utilisation du treuil dans la vie courante.

4-3-6 Définis un levier puis schématise les différents types de leviers que tu connais en donnant deux exemple dans chaque cas.

Matériel   : connaissances antérieures ; documents de SPCT traitant du sujet.Support :

Soit les schémas a ; b et c suivants :

1-Ecris la condition d’équilibre de chacun de ces schémas.

2- Dis comment augmenter le rendement d’une machine simple (treuil ; brouette etc )

3- Dis comment déterminer l’intensité de la réaction de l’axe de la brouette.

a/ Poulie simple b/ Poulie à 2 gorges c/ Brouette

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TRAVAIL, PUISSANCE ET ENERGIES

Activité4-4 : Travail d’une force(illustrer chaque fois par un schéma pour chacune de vos propositions)

4-4-1 Propose l’expression du travail d’une force ayant la même direction que le déplacement.

4-4-2 Donne l’expression du travail d’une force dont la direction fait un angle α avec le déplacement.

4-4-3 Donne l’expression du travail du poids d’un corps et sa nature selon le déplacement.

4-4-4 Donne l’expression du travail d’une force appliquée à un corps en mouvement de rotation.

4-4-5 Donne l’expression du travail d’un couple de forces.

Matériel   : Connaissances antérieures ; documents de SPCT traitant du sujet.

Activité4-5 : Puissance d’une force et transfert d’énergies.

4-5-1 Définis la puissance d’une force et donne son expression.

4-5-2 Cite quelques formes d’énergies et donne quelques cas de transfert d’énergies que tu connais.

4-5-3 Définis chacune des énergies suivantes puis donne à la fois leur expression : Energie cinétique(Ec) ; Energie potentielle(Ep) ; Energie mécanique(Em).

4-5-4 Donne l’expression de la quantité de chaleur Q absorbée par un corps.

4-5-5 Définis le rendement d’une opération puis propose quelques expressions du rendement.

Matériel   : connaissances antérieures ; documents de SPCT traitant du sujet.

Activité 5 : Objective tes savoirs construits5-1 Fais le point de tout ce que tu as appris dans cette SA au niveau de chaque activité5-2 Comment as-tu appris toutes ses connaissances5-3 Dégage les réussites et les difficultés rencontrées 5-4 Dégage les possibilités d’amélioration.

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Activité 6 : Réinvestis les savoirs construits

Production1 :SA1

Au cours d’une expérience, un élève dépose un corps de masse M sur un plan incliné d’un angle de 30° avec l’horizontale. Il le maintien en équilibre par l’intermédiaire d’un ressort de longueur à vide lo (voir schéma)

M

Informations et donnéesLa masse m = 10 Kg ; α = 30° ; Longueur à vide lo= 30Cm ; allongement du ressort sous l’action d’une force de 10 N : 1 Cm ; g = 10N/Kg ; échelle : 1 Cm pour 25 NTâche : pour ton évaluation, tu es  invité(e) à représenter, calculer les forces appliquées au plan inclinéConsigne :

1- Cite les forces qui sont appliquées à ce corps de masse m.2- Représente ses forces en te servant de l’échelle donnée.3- Détermine l’intensité de la tension T du ressort.4- Donne l’allongement du ressort et donne sa longueur finale.5- Calcule la constante de raideur K du ressort.

EF2 : Deux élèves kokou et Bio déplacent un objet à l’aide d’une barre. Ledit objet est placé au milieu de la barre. Kokou se plaint avoir déployé une force supérieure à celle de Bio au cours de l’opération. De même Bio aussi se plaint avoir déployé une force supérieure à celle de Kokou. Les deux élèves s’approchent de N’tcha en classe de 3ème pour savoir celui qui à raison (voir figure)

Bio Objet Kokou

Informations et donnéesAC = 3 m ; GC = 1,50m ; AB = 0,50m. Masse de l’objet m= 40 Kg ; Masse de la barre m’ = 1Kg ; intensité de la pesanteur g = 10N/KgTâche : Pour ton évaluation, tu es  invité(e) à départager les deux élèvesConsigne      :

1 - Cites toutes les forces qui agissent sur la barre

2-a) Détermine l’intensité du poids de l’objet.

9b) Propose un mode de détermination de la force déployée par chacun des deux élèves et fais une

application numérique de ta proposition

3- Dis lequel des à raison en justifiant ta réponse.

Production2 SA1

Amina utilise un treuil pour soulever à vitesse constante une charge de poids P= 800N

Informations et donnéesPuissance utilisée par Amina P= 80W ; Rayon du cylindre du treuil r = 10cm ; Longueur de la manivelle l = 80cmTâche      :   Tu es invité(e) à utiliser les données pour répondre aux questionsConsigne      :  

1- Fais un schéma du treuil et représente toutes les forces qui y sont appliquées2- Calcule le travail résistant(le travail du poids) et le travail moteur(le travail d’Amina)

pour un tour complet du cylindre.3- Indique la hauteur à laquelle s’élève la charge par minutie.4- Calcule l’intensité de la force exercée par Amina perpendiculairement à la manivelle.5- Compare F à P et dis pourquoi Amina a choisi le treuil plutôt que d’autres machines

SA2 : QUELQUES REACTIONS CHIMIQUES EN SOLUTION AQUEUSE

COMPETENCE  DISCIPLINAIRE N° 1

Elaborer une explication d’un fait ou d’un phénomène de son environnement naturel ou construit en mettant en œuvre les modes de raisonnement propres aux sciences physique, chimique et à la technologie

SITUATION DE DEPART Après une cérémonie dite « Morgue » au cours de laquelle la boisson a coulé à flot Sunday et ses amis ont entrepris de jouer avec les flacons vides de boissons récupérés :

- A la lecture des étiquettes, Sunday se rend compte que chaque boisson a une composition qui est souvent donnée en mg/l.

- Kontchi s’étonne que les compositions des eaux minérales Possotomè et Fifa ne soient pas identiques.

- Manouabè constate avec étonnement que certaines boissons renferment des composés dits acides.

- Yvone découvre qu’une lame de rasoir abandonnée dans une flaque de boisson a changé de teinte. « Elle a été certainement attaquée par la boisson » déclare-t-elle, pensive.- Boniface, un peu plus curieux tente une expérience. Il réalise un montage électrique Constitué d’une lampe électrique, d’une pile et de fil conducteur. Lorsqu’il ferme le circuit en plongeant les extrémités dénudées des fils conducteurs dans une boisson, la lampe s’allume à son grand étonnement et des bulles gazeuses se forment autour de parties immergées des fils. Quelle surprise agréable !

10Ils décident tous de trouver des explications à cette surprenante découverte.

Tâche : Elabore une explication à chacun des faits évoqués.

ACTIVITE N°1 : PERCEPTIONS INITIALES

Matériel : Texte de la situation de départConsignes 1 – Relève les faits évoqués dans la situation de départ.2 _ Exprime ta perception de chaque fait relevé.3 – Retiens avec tes camarades les démarches et étapes nécessaires pour expliquer ces faits.

ACTIVITE N°2 : CIRCONSCRIPTION DES FAITS EVOQUES DANS LA SITUATION DE DEPARTMatériel : texte de la situation de départDurée 45 mn Stratégie TI 15 mn TG 15 mn TC 15 mnConsignes1 – Relève dans le texte de la situation de départ les données relatives à chaque fait évoqué.2 –Associe les données et les faits évoqués.

ACTIVITE N°3 PROPOSITIONS D’EXPLICATIONSMatériel : documents de SPCT , texte de la situation de départ.Durée 45 mn Stratégie TI 15 mn TG 15 mn TC 15 mnConsignes3 _1 Collecte des informations du document 1 sur :

- La composition d’une solution aqueuse ;- La concentration d’une solution aqueuse (diluée, saturée, concentrée) ;

- Les différentes sortes de solutions aqueuses ;- La réaction chimique entre un acide et une base ;- La réaction chimique entre les acides et les métaux ;- L’électrolyse d’une solution aqueuse ionique.

2- Formule des interrogations par rapport aux données collectées.3- Formule des explications provisoires pour chacune des questions.

ACTIVITE N°4 MISE A L’EPREUVE DES PROPOSITIONS D’EXPLICATIONS

SOUS-ACTIVITE 4-1 COMMMENT PREPARER UNE SOLUTION AQUEUSE DE CONCENTRATION CONNUE ?

Matériel      : balance, sel de cuisine, bécher, fiole jaugée, eau distillée, pissette, pipette jaugée.Durée: 45 mnStratégie   :   TI 15 mn TG 15 mn TC 15 mn

11Consignes

4-1-1 Définis : soluté, solvant, solution aqueuse (diluée, concentrée, saturée) ; concentration massique et concentration molaire. 4-1-2 Propose un mode opératoire pour préparer une solution aqueuse de sel de cuisine de concentration CO = 1 mol/L4-1-3 Propose une mode opératoire pour préparer à partir de la solution précédente une autre solution de chlorure de sodium de concentration C= 0,1 mol/L

SOUS-ACTIVITE 4-2 : COMMENT IDENTIFIER UNE SOLUTION AQUEUSE IONIQUE ?

Matériel : manuel de SPCT, pile électrique, lampe électrique ou DEL, fils de connexion, bécher, solution de chlorure de sodium, eau sucrée.Durée   :   1 h Stratégie : TI (15min) TG(20min) TC(25min)Consignes4-2-1 Réalise le montage de la figure suivante, ferme le circuit et note ton constat

4-2-2 Remplace la solution de chlorure de sodium par l’eau sucrée et note ton constat4-2-3 Dis laquelle des deux solutions est conductrice et réponds à la question de départ.

SOUS-ACTIVITE 4-3 : COMMENT IDENTIFIER LE CARACTERE ACIDE, BASIQUE OU NEUTRE D’UNE SOLUTION AQUEUSE ?

Matériel      : manuel de SPCT, document2.2, tubes à essai, indicateurs colorés (BBT, hélianthine, phénolphtaléine), eau distillée, solution d’acide chlorhydrique, solution(S1) de chlorure de sodium, solution(S2) d’hydroxyde de sodium, et divers produits utilisés à la maison (potasse, citron, bicarbonate de sodium, sucre, …)

Durée : 1 hStratégie : TI (15min) TG(20min) TC(25min)Consignes4-3-1 Prépare des solutions suivantes:

Acide chlorhydrique (H3O++ Cl-) Hydroxyde de sodium (Na+ + OH-) Chlorure de sodium (Na+ + Cl-) Eau sucrée .

124-3-2 Prélève dans quatre tubes à essais différents les quatre solutions et ajoute à chacune d’elles deux gouttes de BBT et note tes observations.4-3-3 Reprends l’expérience précédente avec les deux autres indicateurs colorés puis complète le tableau suivant en indiquant la teinte prise par l’indicateur coloré.

Solution d’acide chlorhydrique

Solution de chlorure de sodium

Solution d’hydroxyde de sodium

Eau Sucrée Eau distillée

B.B.THélianthinePhénolphtaléine

4-3-4 Exploite le document 2-2 pour donner le caractère acide, basique ou neutre de chacune des solutions aqueuses.4-3-5 Dis lequel des indicateurs colorés est le plus approprié et pourquoi.Document 2.2

Solution d’acide Solution neutre Solution BasiqueB.B.T Jaune Vert BleuHélianthine Rouge Jaune JaunePhénolphtaléine

Incolore Incolore Rouge Violacée

SOUS –ACTIVITE 4-4  COMMENT EXPLIQUER UNE REACTION ACIDO-BASIQUE ?Matériel      : manuel de SPCT , dispositif du dosage, solution diluée d’acide chlorhydrique contenu dans le bécher, solution diluée d’hydroxyde de sodium , BBT .Protocole expérimentalPour doser une solution aqueuse d’acide chlorhydrique de concentration inconnue par une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium de concentration connue, on procède de la manière suivante

- Prélever à l’aide d’une pipette jaugée (ou graduée) le volume Va de la solution acide ;- Introduire la solution prélevée dans un bécher et y ajouter deux ou trois gouttes de

BBT ;- Remplir la burette graduée par la solution d’hydroxyde de sodium ;- Verser goutte à goutte la solution d’hydroxyde de sodium dans le bécher en agitant le

mélange ;- Arrêter l’opération lorsqu’on constate le changement de couleur du mélange

Durée   :   1 HStratégie: TI 20 mn TG 2O mn TC 20 mnConsignes 4-4-1 Réalise le montage suivant4-4-2 Donne la couleur du mélange avant le dosage4-4-3 Donne le nom de l’opération réalisée4-4-4 Donne la nature du mélange lorsqu’il vire au vert et définis l’équivalence acido-basique

134-4-5 Donne à l’équivalence acido-basique la relation entre les quantités de matière

na de l’acide et nb de la base puis entre Ca, Va, Cb, Vb. 4-4-6 Ecris l’équation globale de la réaction qui a eu lieu et déduis-en l’équation bilan de la réaction.

SOUS ACTIVITE 4-5 COMMENT LES ACIDES REAGISSENT-ILS AVEC LES METAUX ?

Matériel : solutions diluées d’acides chlorhydrique, sulfurique et nitrique _ grenaille de zinc, poudre d’aluminium, des clous en fer des copeaux de cuivre, des tubes à essais, manuel de SPCTDurée:45 mn Stratégie TI 15 mn TG 15mn TC 15 mn.Consignes

4-5-1 Introduis chacun des métaux dans quatre tubes à essai et ajoute la solution d’acide chlorhydrique au contenu des quatre et note tes observations.4-5-2 Reprends les mêmes expériences avec la solution d’acide sulfurique puis avec la solution d’acide nitrique et note tes observations.4-5-3 Cite lorsque la réaction a lieu les produits formés.4-5-4 Identifie le gaz formé lors de la première expérience.4-5-5 Ecris l’équation globale et l’équation bilan de chaque réaction, excepté le cas de l’acide nitrique.

SOUS-ACTIVITE 4.6 : COMMENT IDENTIFIER LES IONS EN SOLUTION AQUEUSE ?

Matériel : Manuel de SPCT, document 2.5, différentes solutions ioniques contenant les ions chlorures, nitrates, sulfates, carbonates, fer II, fer III, cuivre II, zinc et aluminium ; les réactifs suivants : nitrate d’argent, chlorure de baryum, solution aqueuse d’hydroxyde de sodium, solution d’acide chlorhydrique, solution d’acide sulfurique, ammoniac et morceaux de cuivre, tubes à essais.

Consigne :

4.6.1- Prélève dans un tube à essai une des solutions ioniques du document 4.6 et ajoute le réactif correspondant. Note tes observations.

14Identification des anions

Ions à identifier Réactif Observations Equation de la réactionIons chlorure : Cl- Ion argent Ag+ apporté

par le nitrate d’argent (Ag+ + NO3

-)

Précipité blanc de chlorure d’argent noircissant à la lumière soluble dans l’ammoniac

Ag+ +Cl- = AgCl

Ions sulfate : SO42- Ion baryum Ba2+ apporté

le chlorure de baryum (Ba2+ + 2Cl-)

Précipité blanc de sulfate de baryum BaSO4

insoluble et ne noircissant à la lumière

Ba2+ + SO42- = BASO4

Ions carbonate : CO32- Ion hydronium H3O+

apporté par tout acideDégagement de dioxyde de carbone qui trouble de chaux

CO32- + 2H3O+ = CO2 +

3H2O

Ions nitrate : NO3- Cuivre en milieu acide

(H2SO4)Coloration bleue et dégagement de monoxyde d’azote qui, en présence d’air donne du dioxyde d’azote NO2 (gaz roux)

Identification des cations

Ions à caractériser Réactif Observation Equation de la réactionIon cuivre II : Cu2+ (bleu) Ion hydroxyde OH-

apporté par la soude (Na+

+ OH-)

Précipité bleu d’hydroxyde de cuivre II : Cu(OH)2 soluble dans une solution d’ammoniac

Cu2+ + 2OH- = Cu(OH)2

Ion fer II : Fe2+ (vert pâle) Ion hydroxyde OH-

apporté par la soude (Na+

+ OH-)

Précipité vert d’hydroxyde de fer II : Fe(OH)2 soluble dans une solution acide et qui devient roux à l’air libre

Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2

Ion aluminium : Al3+

(incolore)Ion hydroxyde OH-

apporté par la soude (Na+

+ OH-)

Précipité blanc d’hydroxyde d’aluminium : Al(OH)3

soluble dans une solution acide ou de soude et insoluble dans une solution ammoniac

Al3+ + 3OH- = Al(OH)3

Ion zinc : Zn2+ (incolore) Ion hydroxyde OH-

apporté par la soude (Na+

+ OH-)

Précipité blanc d’hydroxyde de zinc : Zn(OH)2 soluble dans une solution d’ammoniac dans un excès de soude et dans une solution acide

Zn2+ + 2OH- = Zn(OH)2

4-6-2- Reprends l’expérience avec les autres solutions ioniques et remplis-le tableau suivant.

15Ions à identifier Réactif Observation Equation de la réaction

SOUS-ACTIVITE 4-7 : COMMENT REALISER L’ELECTROLYSE D’UNE SOLUTION AQUEUSE IONIQUE ?

Matériel : Manuel de SPCT, électrolyseur, solution aqueuse d’acide chlorhydrique, solution aqueuse de chlorure de fer II (solution aqueuse de chlorure de cuivre II), électrodes en cuivre ou en graphite, indigo Durée : 90 min

Stratégie : TI : 20min ; TG : 30 min TC : 40 min

Consigne :

4-7-1- Réalise le montage d’électrolyse d’une solution d’acide chlorhydrique.

▬ Ferme le circuit et note ton constat.▬ Laisse le circuit fermé pendant une dizaine de minute puis note tes observations au

niveau des électrodes.▬ Identifie les produits formés au niveau des électrodes.▬ Interprète la réaction produite au niveau de chaque électrode. Ecris les équations aux

électrodes et déduis-en l’équation bilan.4-7-2- Réalise le montage de l’électrolyse de la solution de chlorure de fer II et réponds aux

consignes précédentes.4-7-3- Réalise le montage d’électrolyse de la solution de chlorure de cuivre II et réponds aux

consignes précédentes47-4-Etablis en exploitant les équations des réactions aux électrodes la relation qui permet de déterminer le volume de gaz dégagé aux électrodes et la masse de métal déposé à la

cathoschéma légendé du montage d'un dosage

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RETOUR ET PROJECTION

ACTIVITE 5 : OBJECTIVATION

Durée : 45 min

Stratégie : TI : 10 min ; TG : 15 min ; TC : 20 min

Consigne :

5-1- Fais le point des savoirs construits et des démarches suivies.

5-2- Dégage les réussites et les difficultés rencontrées.

5-3- Propose des possibilités d’amélioration

17ACTIVITE 6 : REINVESTISSEMENT DES ACQUIS DANS LA SITUATION DE VIE COURANTEProduction1 : SA2   Durée : 1h

Pour déterminer la concentration molaire d’une solution aqueuse d’acide chlorhydrique, Aziz dose un volume va = 10 cm3 de cette solution par une solution d’hydroxyde de sodium de concentration Cb=10-2 mol/l. Le volume d’hydroxyde de sodium versé pour atteindre l’équivalence acido-basique est vb=15mL.

1- Représente le dispositif expérimental.2- Décris le protocole expérimental du dosage.3- Dis ce qu’est l’équivalence acido-basique.4- Ecris l’équation globale de la réaction qui a lieu lors du dosage.5- Détermine la concentration molaire de la solution aqueuse d’acide

chlorhydrique.6- Déduis la masse du sel obtenu après évaporation totale de l’eau.

Production 2 : SA2 Durée 30min

Dans un laboratoire, le laborantin verse dans un tube à essai contenant suffisamment de la limaille de fer, 5ml d’acide chlorhydrique de concentration 0,5 mol/L

Données :

M(Fe) = 56g/mol ; M(H) = 1g/mol ; M(Cl) = 35,5g/mol; Vo = 22,4L/mol

Consignes

1- Dis ce qu’on observe dans le tube à essais 2- Ecris l’équation de la réaction qui se produit 3- Dis comment mettre en évidence le gaz issu de la réaction4- Détermine le volume de gaz formé et la masse de fer ayant réagi.

Production 3 : SA2 Durée 45minPour réaliser l’électrolyse d’une solution de chlorure de cuivre II (Cu2+ + 2Cl-),

Kokou se sert d’un électrolyseur en U, contre toute attente, au passage du courant électrique, aucun gaz ne se dégage mais le liquide de la colonne de droite contenant l’anode passe au jaune-vert

Données numériques : MCu = 64 g/mol ; MCl =35,5 g/mol ; Vm = 24L/mol.Il s’est disposé en 16min 05s une masse m = 1 ,2 g de métal ; 96500 C

déposent 32 g de cuivre à la cathode.Consigne : 1- Justifie l’apparition de la couleur jaune-vert dans une colonne et du dépôt rouge

sur la cathode.

182- Ecris les équations des réactions aux électrodes et l’équation de l’électrolyse de (Cu2+ + 2Cl-).

3- Calcule :▬ L’intensité du courant électrique qui a traversé le circuit électrique.▬ Le volume du dichlore qui devrait se dégager si on utilisait l’électrolyseur

approprié.▬ Fais un schéma annoté du circuit électrique d’électrolyse de cette

solution.

Production Scolaire : Durée : 45 min

Contexte

Un vendeur de bijoux propose à l’un de ses clients carreleur deux types de gourmettes : l’une moins cher en aluminium et l’autre un peu plus cher en cuivre ; le carreleur se trouve alors dans l’embarras de choix.

Tâche : tu es invité(e) à aider le carreleur à faire un choix judicieux en tenant compte des solutions manipulées par ce dernier dans ses activitésConsignes :

1- Exprime ta perception de la situation-problème.2- Relève des données permettant de circonscrire la situation-problème.3- Enonce une proposition d’explication.4- Mets en œuvre l’explication choisie.

19 SA3 : ENERGIE ELECTRIQUE : UN BESOIN INDISPENSABLE

COMPETENCE  DISCIPLINAIRE N° 1

Elaborer une explication d’un fait ou d’un phénomène de son environnement naturel ou construit en mettant en œuvre les modes de raisonnement propres aux sciences physique, chimique et à la technologie

SITUATION DE DEPART

Saïfi et N’tcha, deux élèves passant en classe de 3ème décident d’aller passer les vacances auprès de leur oncle Chabi à Tanguiéta. Arrivés au carrefour Tchountchoubou, N’tcha découvre un réseau de

câbles supporté par des pylônes et des poteaux. Etonné, il interroge son ami Saïfi sur l’utilité de ces

installations. Saïfi réagit : « je crois que tout cela a rapport à l’énergie électrique. Mais seul notre oncle pourra nous donner des explications. Je constate même que les câbles portés par les poteaux vont dans certains domiciles.

Une fois chez l’Oncle, ils surprennent un agent de la SBEE relevant la consommation de l’énergie au niveau du compteur. Les deux amis se rapprochent aussitôt de leur oncle pour lui poser les questions suivantes :

- D’où vient l’énergie électrique consommée à la maison, et comment la produit-on ?

- Quel est le rôle du compteur électrique, et à quoi sert le relevé effectué par l’agent de la SBEE ?

L’oncle Chabi les invite à la patience et les rassure que toutes leurs préoccupations trouveront de réponses à la rentrée avec les explications de leurs professeurs des SPCT.

Activité 1   : Exprime ta perception initiale des faits évoqués dans la situation de départ

Consignes

1-1) Dégage les situations problèmes.

1-2) Exprime ta perception initiale sur les situations problèmes

1-3) Discute de ta perception avec tes camarades.Etablis un lien, entre la situation-problème et d’autres situations- problèmes auxquelles tu as été confronté.

Matériel : texte de la situation de départ

Activité 2 : Circonscris chaque situation-problème

Consignes

2-1) Relève les données de chaque situation problème.

2-2) Associe entre elles les données de chaque situation-problème et tes perceptions.

20Matériel : texte de la situation de départ

Activité 3   : Enonce une proposition d’explication aux

situations-problèmes.

Consignes

3-1) Enonce des interrogations par rapport aux données.

3-2) Formule des explications provisoires.

3-3) Choisis l’explication plausible.

Matériel

Documents de sciences physiques, revues scientifiques, manuels scolaires au programme d’études de la classe de 3ème.

Activité 4   : Mets à l’épreuve la proposition d’explication choisie

Sous Activité 4-1 : Comment produit-on industriellement le courant électrique alternatif ?

Consignes

4-1-1) Lis attentivement le document 1-2a. Dis comment est produit le courant électrique puis donne sa nature et son sens.

4-1-2) Après avoir lu attentivement le document 1-2b mis à ta disposition, dis comment on produit industriellement le courant électrique alternatif.

Document 1-2a L'électricité est produite dans une centrale électrique... qui peut être elle-même alimentée en énergie par plusieurs sources: des combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz), de l'eau (barrages, usines marémotrices), de l'air (éoliennes), chimiques (piles à combustibles) ou nucléaires (centrales nucléaires), ... Dans tous les cas (sauf pile), le principe est le même: on fait tourner un alternateur, qui produit le courant électrique. On parle alors de courant alternatif.Ensuite, la tension du courant produit est montée à une valeur assez élevée (200 000 Volts, ou 400 000V voire 700 000V) donc haute tension par des transformateurs élévateurs, puis elle est transportée par des gros câbles électriques portés par des pylônes, des poteaux jusqu'à des transformateurs qui réduisent la tension à 20 000 V. C'est cette tension qui alimente les grandes entreprises et les quartiers résidentiels, où elle est ensuite abaissée aux 220 V que nous connaissons dans nos maisons. Grace à nos compteurs, on arrive à évaluer nos consommations. Visualisée à l’oscilloscope, sa courbe se présente en dents scie dons des va et viens ; il n’a pas alors de sens précis.La haute tension qui sert au transport sur de longues distances permet de baisser l'intensité et donc les pertes dans la ligne.

Document 1-2b

Le courant électrique alternatif est produit par un ensemble turbine alternateur.Les alternateurs industriels sont formés par un ensemble de bobine (parcourues par un courant électrique continu) appelé rotor et un ensemble de bobines fixes appelées stator. La rotation du rotor fait apparaitre une tension alternative aux bornes du stator

21

Sous Activité 4-2   : Quelles sont les caractéristiques d’une tension électrique alternative ?

Consignes

4-2-1) Observe attentivement la figure du document 1-b puis propose un nom à cette figure.

4-2-2) A partir du document 1-b, cite et définis les caractéristiques d’une tension électrique alternative

Document 1-b . Variations de la tension au cours du temps

La courbe ci-dessus représente l'oscillogramme obtenu à l'oscilloscope (avec balayage). Elle est constituée d'une suite d'alternances positives puis négatives. On dit que cette tension est alternative. La courbe obtenue étant une sinusoïde, cette tension est alternative sinusoïdale.

Sensibilité verticale Sv =103 volts par division ; sensibilité horizontale Sh= 5ms par division

Sous Activité 4-3Comment se font le transport et la distribution de l’énergie électrique ?

Consignes

4-3-1) A partir du document 1-2a de l’activité4-1, cites les différents éléments intervenant dans le transport et la distribution de l’énergie électrique.

4-3-2)A partir du même document, dis comment l’énergie électrique produite au niveau des centrales est transportée puis distribuée.

Sous Activité 4-4 Quel est le rôle des différents éléments au cours du transport et de ladistribution de l’énergie électrique.

Consignes

4-4-1) Observe attentivement le transformateur mis à ta disposition ou le document 3-9-a puis donne les éléments constitutifs d’un transformateur, sesdifférentssymboles et le nombre N1 de spires au primaire et celui N2 au secondaire.

224-4-2) Observe et ou réalise l’expérience du document 3-9-b, complète le tableau ci- après et dis ce que tu constates

Tension à l’entrée Up Tension à la sortie Us Rapport Us/UpTension alternative 12V 0,6VTension alternative 6V 0,3VTension continue 6V 4-4-3) Calcule le rapport N2/N1 puis compare-le avec le rapport Us/Up.Conclus.

4-4-4) Précise le type de transformateur.

Transformateur (document3-9aDocument 3-9a’

Nombre de spires au primaire NP ou N1 = 5500 spires

Nombre de spires au secondaire NS ou N2 = 300 spires

23

doc 3-9b :Courbe entrée –sortie d’un transformateur

Photo d’une Centrale électrique (document3-9 C)

24

Sous Activité 4-5 : Comment obtient-on une tension électrique continue à partir d’unetension électrique alternative ?

Consignes

4-5-1) Réalise et ou exploite successivement les montages du document 1-d puis observe à chaque

fois l’oscillogramme obtenu(voir aussi Fig1c , Figure3, Figure3-10 et Figure3-11).

4-5-2) A partir de chaque oscillogramme, donne successivement le rôle de la diode, du pont de diode et du condensateur.

4-5-3) Dis alors comment obtenir la tension continue à partir d’une tension électrique alternative.

4-5-4) Donne un nom au dispositif réalisé puis propose son schéma normalisé.

25

Le stator ou "inducteur" dans lequel tourne le rotor Fig 1b . Montage de quatre diodes qui rectifie le courant alternatif en courant continu Fig1c

Figure 1d

La tension fournie par le pont de diodes est désormais unidirectionnelle Figure 2

26

Redressement avec le pont de diodes figure3

Figure3-10

27

Etude d’unChargeur de batterie d’un ordinateurFigure 3-11

Régulation de la tension électrique dans les installations... Figure 3-12

28

Fabrication d'un abaisseur/chargeur 24V=>12 Volts figure4.

Générateur Haute Tension à décharge de condensateur   : Figure5

29Sous-activité 4-6 : Quelles sont les grandeurs dont dépend la puissance consommée dans un circuit électrique ?

Consignes

4-6-1) Complète le tableau suivant :

Puissance(w) indiquée

Tension électrique(V)

Intensité mesurée I(A)

U x I Eclat

1,2 2,52 0,12 Faible

1,8 5,91 0,31 Normal

1,8 8,86 0,41 Fort

Justifie les éclats au niveau de la lampe en comparant le produit U x I et la puissance indiquée.

4-6-2) Recherche et rapporte le nom de la puissance indiquée et du produit U x I

4-6-3) Dis de quoi dépend la puissance électrique consommée par un appareil électrique ; donne son expression et son unité

4-6-4) En utilisant la loi d’Ohm pour un conducteur ohmique, donne d’autres expressions de la puissance consommée par un conducteur ohmique.

Sous- activité 4-7 : Quelles sont les grandeurs dont dépend l’énergie électrique consommée dans un circuit électrique ?

Consignes

4-7-1) Observe la photo du compteur d’énergie électrique (document 3-2) et donne l’unité de l’énergie électrique mesurée qui est indiquée sur le compteur.

4-7-2) Analyse cette unité et dis les grandeurs dont dépend l’énergie électrique consommée.

4-7-3) Donne alors l’expression de l’énergie électrique consommée

4-7-4) A partir de tes savoirs précédents donne d’autres expressions de l’énergie électrique

Document 3-2

30

Fig. 3.12 Transformation d’énergie électrique en chaleur

Document 3-2 bis

Sous-activité 4-8 : Peut- on transformer l’énergie électrique en chaleur ?

Consignes

4-8-1) Observe attentivement la figure 3.12, cite les différents éléments qui la constituent puis réalise le montage.4-8-2) Note la température de l’eau avant de fermer le circuit. 4-8-3) Ferme le circuit et note les indications de l’ampèremètre, du voltmètre et du thermomètre après trois minutes.4-8-4) Explique ce que tu constates. Donne le nom de chacun des phénomènes constatés.4-8-5) Calcule l’énergie électrique reçue par le thermoplongeur et la quantité de chaleur reçue par l’eau. Tire une conclusion.

4-8-6) Justifie ta conclusion en te basant sur la quantité de chaleur absorbée par le calorimètre et ses accessoires.4-8-7) Détermine pour la même variation de température, la masse d’eau qui absorberait la même quantité de chaleur que le calorimètre et ses accessoires

4-8-8) Donne l’expression de la quantité de chaleur reçue par l’ensemble eau – calorimètre – accessoires.

Sous Activité 4-9 : Comment fonctionne un compteur d’énergie électrique ?

Consignes

4-9-1 Donne l’expression de l’énergie électrique consommée par un conducteur ohmique.

4-9-2.Dis comment mesurer l’énergie électrique consommée par un ensemble d’appareils dans une installation électrique domestique.

314-9-3) Explique le fonctionnement d’un compteur d’énergie électrique.

Sous Activité 4-10: Comment faire le bilan énergétique dans un circuit électrique ?

Consignes

4-10-1) Observe le circuit électrique du document 3-5 puis donne les caractéristiques de chacun des éléments qui le constituent.

4-10-2) Calcule l’énergie électrique que consommerait chacun des appareils pendant 5min.

4-10-3) Fais le bilan énergétique dans ce circuit électrique.

RETOUR ET PROJECTION

Activité 5 : Objectivation de la démarche suivie et des résultats obtenus.

Consignes

5-1) Fais le point des savoirs construits.

5-2) Dis comment les savoirs ont été construits.

5-3) Dégage les réussites et les difficultés rencontrées au cours de l’apprentissage.

5-4) Propose des possibilités d’amélioration de tes productions.

Réinvestissement des acquis dans une autre situation de vie courante Production1   :SA3

En te basant sur l’oscillogramme ci- dessous

Donne les valeurs de la période T,de la fréquence N, des tensions maximalesUmax et efficaceUeffdusignale observé à l’oscilloscope.

Sensibilité Verticale :5 V/ div.Balayage : 5 ms / div.

32Production2SA3: Le papa de Paul estime que sa facture de consommation d’énergie du mois de Mars est erronée. Pour la vérification, il sollicite l’aide de son fils Paul élève en classe de 3ème. Voici cette facture délivrée par l’agence SBEE de Porto-Novo.

Tâche   : Tu es invité à jouer le rôle de Paul.Consignes1. Dis comment a été calculée l’énergie électrique consommée.

2. Donne le prix HT (Hors Taxe) du kilowattheure.

3. vérifie si le montant facturé est exact.

33

CD2 : Exploiter les Sciences Physique, chimique et la démarche technologique dans la fabrication, l’utilisation et la réparation d’objets technologiques. 

Situation de départDeux élèves, koli et Cossa de la classe de 4ème, mènent une discussion ausujet du courant électrique dans un circuit fermé.

Koli, d’une voix désemparée, dit à Cossa que leur professeur de sciencesphysiques leur a toujours affirmé que le corps humain et l’eau pure conduisent le courant électrique, mais sans jamais le prouver expérimentalement.

Cossa renchérit, quant à lui, en disant que leur professeur, par un simple

Schéma, leur montre que l’eau se décompose dans un vase en dioxygène et dihydrogène, sans toutefois nous présenter ce vase.Leur camarade Paul, qui vient d’obtenir le BEPC et qui suivait avec attentionleurs discussions, intervient, les rassure et leur dit qu’il existe :

- un détecteur du courant électrique à base de transistor qui permet de montrer que l’eau pure conduit en réalité le courant électrique, mais très faiblement ;

- un dispositif appelé électrolyseur ou voltamètre qui permet de mettre en évidence les manifestations du courant électrique dans une solution ionique.

Très émerveillés par les révélations de Koffi, Fati et Cossi ont décidé de fabriquer leurs propres électrolyseurs et détecteurs de courant électrique.

Tâche : Après lecture de la situation de départ, exécute individuellement puis en groupe et par activité les consignes ci-dessous en vue de fabriquer un détecteur de courant électrique et un électrolyseur.

Activité 1 : Exprime ta perception sur les faits évoqués dans la situation de départConsignes1.1 Lis attentivement le texte de la situation de départ puis dégage le besoin exprimé par Koli et Cossa.1.2 Donne ton point de vue sur ce besoin.1.3 Retiens avec tes camarades la démarche et les stratégies nécessaires à mettre en œuvre pour fabriquer un détecteur de courant électrique et un électrolyseur.

Activité2 : Circonscription des objets à fabriquerConsignes2.1 Observe attentivement les différents schémas et dessins mis à ta disposition pour identifier les divers éléments qui entrent dans la fabrication d’un détecteur de courant électrique et d’un électrolyseur.2.2 Etablis les liens entre les différentes parties et leur fonction puis donne les rôles du détecteur du courant électrique et de l’électrolyseur.

SA4   : FABRICATION D’OBJETS TECHNIQUES SELON LA DEMARCHE TECHNOLOGIQUE : DETECTEUR DE COURANT ELECTRIQUE – ELECTROLYSEUR

342.3 Identifie comment tu vas procéder pour fabriquer chaque objet et dis les problèmes que tu peux rencontrer.

ACTIVITE 3 : Exploration des différentes possibilités de fabrication.

Consignes

3-1 Fais le schéma du détecteur de courant électrique et de l’électrolyseur mis à ta disposition.

3-2 Collecte les informations sur les possibilités de fabrication d’un détecteur de courant électrique et d’un électrolyseur.

3-3 Identifie parmi les différents éléments qui entrent dans la fabrication d’un détecteur et d’un électrolyseur, ceux qu’on peut avoir par récupération.

3-4 Propose différentes possibilités de fabrication d’un détecteur de courant électrique et d’un électrolyseur.Documents mis à ta disposition pour activités2 et 3.

Activité 4   : Choix de la possibilité de fabrication d’un détecteur de courant et d’un électrolyseur la plus appropriée.

Consignes

4.1- En te basant sur les résultats de l’activité 3 choisis la possibilité de fabrication des deux objets en fonction de ton milieu.

4.2- Dessine les maquettes du détecteur du courant électrique et de l’électrolyseur que tu veux fabriquer.

Activité 5 : Mise en œuvre de la possibilité de fabrication choisie.

Sous-activité 5-1 : Planification des actions à mener pour fabriquer chaque objet.

Consignes

5.1.1- Identifie les différentes étapes pour la fabrication des objets concernés.

5.1.2- Planifie les différentes actions à mener pour fabriquer chaque dispositif.

Sous-activité 5-2 : Fabrication proprement dite.

35Consigne :

5.2.1- Exécute rigoureusement le plan mis en œuvre dans la sous-activité précédente pour fabriquer chaque dispositif.

Matériel   : document d’accompagnement, manuel de SPCT, pile plate de 4,5V, fils de connexion, DEL, transistor BD137, conducteurs ohmiques (R1=330 Ohms, R2=470 Ohms), domino d’électricien, tournevis, tube en plastique, fond de bouteille (Possotomè) en plastique, colle forte, pile ronde ou cylindrique hors d’usage…

RETOUR ET PROJECTION

Activité 6 : Objective les savoirs construits et les démarches utilisées

Consignes6.1 Fais le point des savoirs construits.6.2 Indique les démarches suivies pour faire asseoir ces savoirs.6.3 Identifie les réussites obtenues et les difficultés rencontrées.6.4 Dégage les possibilités d’amélioration de tes réalisations.EF1 : SA4Contexte   :

Les biogaz,… de par leur utilisation constituent un moyen de lutte contre la pollution et la dégradation de l’environnement !

La mairie de Tanguiéta depuis 2010 s’est engagée dans cette lutte et décide de transformer les rejets organiques (matières fécales) au moyen d’un dispositif en biogaz utilisable dans les ménages.

Tâche   : tu es invité(e) à utiliser les démarches technologiques pour fabriquer ce dispositif de transformation de rejets organiques en biogaz.

Consignes

1- Exprime ta perception relative à la situation problème.

2 - Circonscris la situation problème.

3- Explore différentes possibilités pour la résolution du problème.

4- Choisis la possibilité la plus appropriée.

5 -Mets en œuvre la possibilité choisie.

Production scolaire1   : SA4

36Compétence disciplinaire : CD n° 2

Exploite les sciences physiques, chimique et technologique dans la production, l’utilisation et la réparation d’objets technologiques.

Critère de perfectionnement

1- Copie propre2- Exploite l’information pertinente à la fabrication.

Contexte :

Doga est un village frontalier entre le Bénin et le Togo situé du coté Bénin derrière leFleuvePendjari dans l’arrondissement de Gouandé. La population de ce village a de difficultés pour reconnaître le niveau de l’eau du Fleuve qui devient dangereux pendant la crue. Pour ce faire, un élève de la classe de 3ème propose aux élus locaux de ce village la fabrication d’un détecteur du courant électrique qui pourra signaler ce niveau dangereux atteint par l’eau de ce Fleuve pendant la crue afin d’éviter des pertes en vies humaines.

Pour vérifier la conductibilité électrique de l’eau de ce Fleuve, cet élève décide de fabriquer un électrolyseur.

Voulant tester l’ingéniosité de cet élève, ces élus locaux décident de le mettre à l’œuvre.

Tâche : Tu es invité (e) à jouer le rôle de cet élève pour fabriquer l’électrolyseur, le détecteur du courant électrique et faire leur usage.

Sous tâche 1 : Circonscription des objets à fabriquer

Consigne

1.1- Cite les éléments de ton environnement qui peuvent te permettre de fabriquer un électrolyseur

1.2- Utilise les lettres pour donner le nom de chaque élément du détecteur du courant électrique (voir document 1).

1.3- Reproduis et complète le tableau du document 2.

Elément

a b c d e f

rôleDocument2

Sous tâche 2 : Différentes possibilités de fabrication

2.1- Propose la maquette d’un électrolyseur

bad

e

c

f

372.2- Fais le schéma normalisé des éléments a, b, e et d du document 1.

2.3- Fais le schéma normalisé du détecteur du courant électrique à fabriquer.

Sous tâche 3 : Mettre en œuvre la possibilité de fabrication et d’utilisation de l’objet fabriqué

3.1- Utilise l’électrolyseur pour montrer que l’eau du Fleuve conduit le courant électrique

3.2- Dis comment l’élève peut monter le détecteur du courant électrique pour qu’il joue le rôle de signalisation de la crue.

3.3- Dis comment la population de Doga peut reconnaître la montée ou la baissée du niveau d’eau du Fleuve.

38

SA5 : COMBUSTION COMPLETE DE QUELQUES HYDROCARBURESETREACTIONS DE POLYMERISATION

CD n°1 : Elaborer une explication d'un fait ou d'un phénomène de son environnement naturel ou construit en mettant en œuvre les modes de raisonnement propres aux sciences physique, chimique et à la technologie.

Situation de départ

Yombo de retour du marché porte plusieurs sachets noirs en plastique contenant des emplettes. Elle rencontre Cocou, un de ses camarades de la classe de troisième, avec qui ils se racontent quelques faits surprenants :

MonsieurBiaou est un technicien de la soudure autogène. Il a dans son atelier deux bouteilles en acier remplies de gaz avec des raccords en matière plastique reliés à un chalumeau. J’ai toujours admiré les diverses étapes qu’il franchit méthodiquement pour faire une soudure. Lorsque les pièces à souder sont apprêtées, il allume le chalumeau qui donne une flamme rougeâtre avec beaucoup de fumées noires. Puis, il règle son chalumeau et obtient une flamme bleue sans fumée. Quand il commence la soudure, il y a émission d’une lumière éblouissante. Comprends-tu ces différents faits ? Demande Yabo.-Mais oui ! Avec le gaz de cuisine, on obtient les mêmes phénomènes, répond Cocou. -Hum ! Veux-tu dire que c’est le gaz butane qui brûle chez le soudeur ?

-Je ne sais pas, mais c’est un hydrocarbure. Il paraît qu’à partir de certains hydrocarbures, on pourrait fabriquer de la matière plastique telle que tes sachets.-Ah bon ? Et on ne sait quoi en faire après usage !

Tâche :Elabore une explication de chacun des faits évoqués par Yombo et Cocou puis apprécie l’apport des sciences physique, chimique et de la technologie par rapport à la vie de l’homme.

1   : Activité Expression de la perception initiale relative aux faits évoqués dans la situation de départ.

Consigne

1.1- Relève les faits évoqués dans la situation de départ.1.2- Exprime ta perception sur chacun des faits relevés.1.3- Echange avec tes camarades sur chacun des faits relevés et retiens avec eux la démarche à

mener pour expliquer ces faits.

Activité2   : Circonscription des faits évoqués.Consigne:

2.1- Enumère les données relatives à chaque fait évoqué.

2.2- Associe les données à des connaissances antérieures.

392.3- Traduis les faits dans un langage propre aux SPCT.

Activité3 : Enonce une proposition d’explication à chacun des faits circonscrits.

Consigne   :

3.1- Collecte, en t’appuyant sur le texte de la situation de départ, les informations relatives aux :

- Hydrocarbures;- conditions de réalisation d’une combustion complète des hydrocarbures. - Usages et gestion des matières plastiques

3.2- Formule des interrogations par rapport aux informations collectées

3.3- Propose des réponses à tes interrogations.

Activité N°4   : Mise à l’épreuve de la proposition d’explication choisieSous-activité 4-1 : Identification des différents types d’hydrocarbures et écriture des formules brutes, semi développées et développées de quelques hydrocarbures

Consigne

4.1.1- Cite les atomesque renferment les molécules d’hydrocarbure suivantes CH4 ; C4H10 ; C2H4 ; C2H2 puis déduis la définition des hydrocarbures

4.1.2- Présente dans un tableau, la formule brute, la formule semi-développée et la formule développée des hydrocarbures suivants : méthane, butane, éthylène et acétylène.

4.1.3- Précise les différents types de liaisons covalentes entre carbone - carbone dans les formules semi développées des molécules suivantes : butane, éthylène et acétylène puis classe- les en deux catégories

4 .1.4-Déduisde la question précédente la définition d’hydrocarbure saturé et d’hydrocarbure insaturé

4 .1.5 Enumère quelques propriétés physiques de ces hydrocarbures.

Sous-activité 4-2   : Etude de la combustion complète des hydrocarbures

Consigne

4.2.1- Utilise le document mis à votre disposition (annexe, p2) pour donner les conditions de réalisation d’une combustion complète d’un hydrocarbure.

4.2.2-Allume le briquet à gaz et place un verre transparent sec au de la flamme bleue pale. Décris tes observations.

-Verse de l’eau de chaux immédiatement dans le verre que tu auras retourné puis note ton constat et conclus.

- Précise alors le combustible et le comburant et dis le nom par lequel on les désigne.

40- Déduis de l’expérience les produits de la réaction puis précise si la combustion a dégagé de la chaleur.

4.2.3- Ecris l’équation équilibrée de la réaction de combustion complète des hydrocarbures : méthane, butane, éthylène et acétylène.

4.2.4- Dégage quelques intérêts pratiques de la combustion complète des hydrocarbures

Sous-Activité 4.3   : Fabrication des matières plastiques: réaction de polymérisation.

Consigne   :

4.3.1- En exploitant le document (document annexe, p3, 4 et 5), définis une réaction de polymérisation.

4.3.2- Ecris l’équation bilan de la réaction d’addition :

- du dihydrogène sur l’acétylène ;

- du chlorure d’hydrogène sur l’acétylène.

Nomme dans chaque cas le produit formé.

4.3.3- Ecris l’équation bilan de la réaction de polymérisation de:

- l’éthylène  et nomme le produit;

- du chlorure de vinyle et nomme le produit.

- Précise l’utilité de ces produits de polymérisation.

Sous-activité 4-4 : Utilisation et gestion des matières plastiques

Consigne   :

4-4-1 Cite les utilisations courantes des matières plastiques

4-4-2 Explique comment les matières plastiques polluent ton environnement

4-4-3 Propose des moyens pour contribuer à la résolution des problèmes liés à la pollution de l’environnement par les matières plastique.

RETOUR ET PROJECTION

Activité 5 : Objectivation des savoirs acquis.

Consigne   :

5.1- Résume tes acquis sur la SA.

5.2- Dégage tes difficultés et propose des possibilités d’amélioration.

Activité 6 : Réinvestissement des acquis

41

Production1 : SA5

Contexte

Paul est un élève en classe de 3ème. Pour faire sa cuisine, la maman de Paul utilise toujours un réchaud à gaz. Le gaz contenu dans la bonbonne de gaz est du butane. Après que sa maman a totalement fini d’utiliser une bonbonne neuve de butane, Paul décide de calculer la masse d’eau formée et le volume du gaz dégagé au cours de la combustion complète du contenu de la bonbonne.

Données

Masse de gaz dans une bonbonne neuve : 6kg

Volume molaire des gaz dans les conditions de l’expérience :V0=22,4 L.mol-1

M(C) = 12 g.mol-1 ; M(H) = 1g.mol-1

Tâche: tu vas élaborer des explications à Paul pour atteindre son objectif.

Consigne

1- Ecris l’équation équilibrée de la combustion complète du butane.

2- Dis la nature du gaz dégagé au cours de cette combustion et comment le mettre en évidence.

3- Calcule la masse d’eau formée au cours de cette combustion.

4- Calcule le volume de dioxyde de carbone dégagé au cours de cette combustion.

Durée : 1h30 min

Production 2 : SA5

Contexte

La maman de Kobi ramène des tuyaux de canalisation pour l’achèvement de sa villa. Elle lit sur l’un des tuyaux : "PVC". Son enfant Kobi qui était à côté dit : " voilà l’un des polymères que nous venons d’étudier au cours de SPCT. Je sais comment cette matière est fabriquée".

" Explique-le-moi alors", dit sa mère.

Information   : l’inscription PVC signifie polychlorure de vinyle

Tâche : Tu es invité (e) à jouer le rôle de Kobi en élaborant à sa mère les explications attendues.

Consigne :

422.1 Ecris les formules brutes et semi-développées du chlorure de vinyle.2.2 Ecris l’équation de la réaction d’obtention du chlorure de vinyle à partir de l’acétylène.

Nomme cette réaction.2.3 Ecris l’équation de la polymérisation du chlorure de vinyle puis précise le monomère, le motif élémentaire et le polymère.

2.4 Donne deux autres usages du polychlorure de vinyle.

Durée : 1h30 min

Production3   : SA5

Consigne :

Un groupement de femmes installées à Parakou récupèrent les sachets en plastique sur les tas d’ordures et les transforment en jouets, sacs, chaussures, et autres objets utiles. Ces femmes pensent avoir trouvé la bonne solution de lutte contre la pollution par les matières plastiques.

3.1 Apprécie l’initiative de ces femmes.

3.2 Propose un plan de gestion des matières plastiques pour ton établissement.

ANNEXE (SA N°5)4.4- Elaboration de l’explication des faits

4.4.1- Les hydrocarbures Définition : Comme on l’a vu en classe de 4è, un hydrocarbure est un composé dont la

molécule n’est constituée que d’atomes de carbone et d’hydrogène.On distingue

- les hydrocarbures saturés dont les molécules ne possèdent que des liaisons covalentes simples : ce sont les alcanes ;

- les hydrocarbures insaturés dont les molécules renferment au moins une liaison covalente double ou triple carbone-carbone.

Exemples d’alcanesLeurs noms se terminent toujours par « ane » et ils obéissent à la formule générale CnH2n+2, avec n entier naturel représentant le nombre d’atomes de carbone.

43

H

C HH

H

H

CH

H

C HH

H

CH

H

H

C HH

H

CH

H

H

C HH

H

CH

H

H

CH

H

CH

HC

H

HHC

Tableau 1 Quelques hydrocarbures saturés

n Nom Formule brute Formule développée Formule semi-développée

1 Méthane CH4

2 Ethane C2H6 CH3-CH3

3 Propane C3H8

CH3-CH2-CH3

4 Butane C4H10 CH3-CH2-CH2-CH3

Exemples d’hydrocarbures insaturésNous ne retiendrons que les deux cas suivants :

Tableau 2 Quelques hydrocarbures insaturés

Nom Formule brute Formule développée Formule semi-développée

Ethylène C2H4 CH2¿CH2

Acétylène ou éthyne C2H2 H−C ≡C−HHC ≡CH

Tableau 3 Equation chimiques et pouvoir calorifique de quelques hydrocarbures

Hydrocarbure Equation-bilan Pouvoir calorifique (en kJ.mol-1)Méthane CH4 + 2O2→ CO2 + 2H2O 890Ethane 2C2H6 + 7O2→ 4CO2 + 6H2O 2870Butane 2C4H10 + 13O2→ 8CO2 + 10H2O /

Ethylène C2H4 + 3O2→2CO2 + 2H2O /

44Acétylène 2C2H2 + 5O2→ 4CO2 + 2H2O /

4.4.2.3- Le pouvoir calorifique des hydrocarbures Définition : Le pouvoir calorifique d’un hydrocarbure est la quantité de chaleur

produite par la combustion complète d’une mole de cet hydrocarbure. Intérêt de la combustion des alcanes

Le caractère exothermique de la combustion des alcanes explique l’utilisation du méthane et du butane comme gaz domestique et de cuisine.

4.4.3- La réaction de polymérisationLES POLYMERES SYNTHETIQUES

Dans le langage courant, il est habituel d'utiliser le terme « plastiques » pour désigner

les polymères. En réalité, il faudrait parler de thermoplastiques. Suivant leurs propriétés

physiques, les polymères peuvent être classés en trois grands groupes : les thermoplastiques,

les thermodurcissables et les élastomères. Les thermodurcissables, une fois mis en forme

(réaction chimique, température) ne peuvent être remodelés sous l'effet de la température.

Les thermoplastiques se ramollissent sous l'effet de la température et leur mise en forme

est réversible. Les élastomères peuvent être étirés et reprendre leur taille initiale à l'arrêt de la

traction. Le polypropylène (PP), le polyéthylène (PE), le polychlorure de vinyle (PVC), et le

polystyrène (PS) font partie des thermoplastiques les plus utilisés.

Le but premier de ce dossier n'est pas de présenter tous les polymères de la synthèse

au recyclage en passant par les utilisations. Il faudrait sûrement un livre pour cela. Seuls

certains polymères d'usage très courant seront présentés. Il existe des polymères dits «

techniques » mais ceux-ci ne seront pas abordés ici. Les polymères « techniques » sont des

polymères à forte valeur ajoutée et d'utilisation très restreinte.

Photographie1 Quelques objets en plastique

Condition de réalisation : combustion complète

Définition : la combustion d’un hydrocarbure est complète lorsqu’elle ne produit pas de

carbone. Elle nécessite généralement du dioxygène pur en excès. Elle donne du dioxyde de

carbone et de l’eau.

45

Le cellophane est issu de la cellulose et non de la pétrochimie.

Les polymères sont principalement constitués de macromolécules. Les macromolécules sont

de longues chaînes d'atomes assemblés par des liaisons covalentes. La formation de ces

longues chaînes est appelée polymérisation. A titre d'exemple, une chaîne de PE peut contenir

en moyenne 50000 atomes. Les macromolécules sont reliées entre elles par des liaisons

secondaires d'énergie plus faibles. L'énergie des liaisons secondaires est comprise entre 4 et

40 kJ/mol. Pour comparaison, l'énergie d'une liaison covalente C-C est de l'ordre de 345-355

kJ/mol. Ces liaisons secondaires assurent la cohésion du matériau et lui confèrent ses

propriétés. Ainsi, un polymère solide ayant des liaisons secondaires de grande énergie et

des chaînes rigides pourra être un verre organique amorphe ou un polymère semi

cristallin. Lorsque ces liaisons secondaires sont faibles, si les chaînes sont très flexibles, le

matériau obtenu est un élastomère dont les propriétés mécaniques d'utilisation sont apportées

par la vulcanisation (introduction d'un faible taux de ponts covalents entre les chaînes).

46Les macromolécules peuvent être définies comme la répétition d'une unité constitutive

(UCR). L'UCR est le plus petit motif représentatif contenant un nombre entier de

groupements. Dans le cas des homopolymères linéaires, cet UCR correspond au monomère.

Par exemple, dans le polypropylène (PP), n (–CH2-C(CH3)H –) n, l' UCR est

– CH2 – C(CH3)H – correspondant au monomère propylène H2C=C(CH3)H.

…………………………………………………………………………………………………..

47

Source : A. SAISON .Chimie 1èreSENathan 1982. Page 47

Source : TOMASINO Chimie 2e D. Nathan 1993. Page 204

…………………………………………………………………………………………………

48

Source : TOMASINO Chimie 2e D. Nathan 1993. Pages 203, 206 et 207

…………………………………………………………………………………………………

49LES MATIERES PLASTIQUES ET L’ENVIRONNEMENT

1- Les déchets Ce sont des produits qui ne sont plus utilisables et dont le propriétaire se débarrasse. Les

déchets plastiques ne sont pas biodégradables ; ils ne se dégradent pas. C’est à la fois un

avantage et un inconvénient ; ils ne libèrent aucun produit nocif mais ils s’accumulent sans

disparaître donnant lieu à une pollution visuelle, en se dispersant au gré du vent.

La nature a ses propres défenses :

- Certains animaux ou bactéries sont capables de faire disparaître les produits

biodégradables, tels les résidus alimentaires, le bois…

- Le dioxygène contenu dans l’air ou dans l’eau permet d’oxyder et de dégrader

lentement certains métaux ;

- L’eau de ruissellement ou de pluie entraîne les produits de dégradation.

Mais attention ! la nature ne parvient pas à éliminer tous les déchets ( verre, plastiques, fer,

Al…). Ces objets salissent, polluent et dénaturent l’environnement. Si pour disparaître il faut :

- quelques semaines aux papiers, bois, résidus alimentaires,…

- quelques dizaines d’années aux objets en fer, aluminium…,

il faut plusieurs siècles pour les objets en plastique et plusieurs millénaires pour les objets en

verre

2- Caractéristiques des déchets plastiques PE, PP, PET : Substances non halogénées ; dégradables sans pollution

significative. Ils se décomposent relativement vite par rayonnement UV en composés

carboniques plus simples

PS : substance aromatique dangereuse lors de l’incinération en plein air par

dégagement de substances toxiques, voire cancérigènes.

PVC : danger potentiel ; substance aliphatique halogénée ; dégage à l’incinération

des quantités considérables de chlorure d’hydrogène, HCl( kg de PVC dégage 850 g de HCl

soit environ 600 L de gaz). De plus, le PVC contient généralement des stabilisateurs

constitués de métaux lourds (cadmium, plomb, baryum, zinc). Malgré ses inconvénients, le

PVC se trouve en 2ème position mondiale du point de vue de la production après le PE

Les matières plastiques constituent 6 à 8% de la masse des ordures ménagères et 24%

de leur volume. La moitié des déchets plastiques est constituée par les emballages.

La réutilisation et recyclage des matières plastiques ont une grande importance pour

l’économie des ressources pétrolières : ils permettent de réduire son utilisation

503- Gestion des déchets plastiques Rien ne se fait sans déchet. Il se crée des déchets plastiques à tous les niveaux, de la

production à l’utilisation en passant par la transformation. Comment valoriser les déchets ?

Solution 1

Incinérer les déchets plastiques permet de s’en débarrasser définitivement tout en

récupérant de l’énergie, mais l’incinération libère dans l’atmosphère des gaz de combustion

qui peuvent être nocifs. Le PVC libère le chlorure d’hydrogène (50% de HCl gazeux émis par

les usines d’incinération proviennent du PVC).Les usines doivent être équipées d »épurateur.

Le chlorure d’hydrogène est l’un des trois acides mis en cause dans la formation des pluies

acides (acides nitrique, chlorhydrique et sulfurique).

Les matières plastiques proviennent du naphta comme l’essence. L’incinération contrôlée des

matières plastiques mélangées avec les ordures ménagères ne pose aucun problème. Les

déchets des matières plastiques sont une source d’énergie considérable. Le pétrole est ainsi

utilisé deux fois. Une fois pour la production des matières plastiques puis, après avoir rempli

cette fonction, pour la production d’énergie. Employer des matières plastiques pourrait être un

moyen d’économiser du pétrole !

Solution 2Les matières plastiques recyclées présentent le plus souvent des propriétés peu

différentes de celles des matériaux d’origine. La majorité des matières des plastiques est

recyclable :

les thermoplastiques, après tri, sont fondus et remis en forme pour une nouvelle

utilisation ;

les thermodurcissables ne peuvent bien sûr être refondus. Après broyage, ils sont

utilisables comme charges dans de nouveaux plastiques ;

les élastomères (essentiellement le caoutchouc des pneumatiques) sont recyclables, en

particulier dans le revêtement routier.

certains plastiques (PS, PMMA, PU) sont dépolymérisés.

Les monomères sont alors renvoyés dans l’unité synthèse de polymères. Le procédé de

recyclage est encore antiéconomique. La régénération des déchets consomme plus d’énergie

et de matières premières qu’il ne serait nécessaire pour la production de matières plastiques

par la voie classique. Le problème principal réside dans la séparation des différents types de

substances. L’une des difficultés à surmonter reste l’identification des plastiques. Pour éviter

51la confusion, des codages ont été mis en place dans quelques états permettant aux

consommateurs de faire le tri préalable.

QUE FAIRE ?Incinérer les déchets plastiques pourrait être une voie économique pour produire de l’énergie,

à condition que les incinérateurs soient pourvus d’épurateurs de gaz toxiques. Recycler les

déchets plastiques serait un procédé économique s’il n’est pas nécessaire de trier les différents

types de matière plastique, de nettoyer avant utilisation.

Certains pays veillent à l’utilisation du code, et au marquage systématique de tous les objets

en matières plastiques.

Ici au BENIN, la plupart des objets plastiques (sachets, récipients jouets…) sont sans marque

d’identité. Comment les reconnaître ? Peuvent-ils être brûlés ?

Pour le moment, l’attitude à adopter est d’abord de réduire, réduire au maximum. N’exiger le

sachet que lorsqu’il est vraiment nécessaire. Ensuite réutiliser tant que c’est possible : ceci

diminuerait déjà la pollution visuelle. Après avoir réduit après avoir réutilisé, que faire du

déchet ???

Eviter de brûler les déchets plastiques !

52 SA6:

 : Elaborer une explication d'un fait ou d'un phénomène de son environnement

naturel ou construit en mettant en œuvre les modes de raisonnement propres aux Sciences

Physique et Chimique et à la Technologie

 : Exploiter les sciences physique et chimiqueet la démarche technologique dans la

production, l'utilisation et la réparation d'objets technologiques

Silicate et Amos, deux élèves se racontent quelques faits qui les ont depuis longtemps

préoccupés. Il s’agit de :

1er fait : Les deux amis ont retrouvé dans le laboratoire de leur collège des objets transparents

en verre de différentes formes. Certains de ces objets grandissent ou réduisent les écritures de cahiers

ou de livres. D’autres, en forme de prisme droit, exposés d’une manière, face à la lumière, projettent

une plage de lumière de sept couleurs.

2ème fait : En certains moments, chaque fois que l’arc-en-ciel apparaît, des parents affirment

que c’est un serpent, une divinité. Mais il est étonnant de constater qu’un phénomène similaire se

produit sur la mousse d’un savon exposée à la lumière.

3ème fait : Certains parents ou camarades qui ne voient plus nettement retrouvent presque toute

leur faculté visuelle lorsqu’ils portent des lunettes médicales appropriées.

Tâche : Tu es invité(e) à élaborer une explication de chacun des faits problèmes d’une part et

à exploiter les sciences physiques et la démarche technologique dans l’utilisation des lunettes et des

appareils photographiques d’autre part.

Activité 1 : Représentation initiale des faits évoqués dans la situation de départ

1- Relève les faits évoqués dans le texte de la situation de départ (SD).

2- Exprime ta perception de ces faits.

3- Discute de ta perception avec tes camarades de groupe.

4- Retiens avec le groupe la démarche et les activités à mener pour mieux comprendre ces faits.

Activité2 : Circonscription de chacun des faits évoqués dans la SD

532-1- Relève dans d’accompagnement de la classe de 3ème aux pages 88 et 95 les mots-clés et

expressions se rapportant à chaque fait.

2-2- Traduis dans un langage approprié aux SPCT chacun des faits

Activité3 : Proposition d’explication des faits.

En exploitant les documents :

3.1- Collecte les informations sur :

Les lentilles

La formation des images à travers une lentille convergente

La décomposition et la synthèse de la lumière blanche

Le fonctionnement et l’utilisation d’un appareil photographique

3.2- Formule des questions exprimant ce que tu veux savoir sur chacun des faits évoqués.

3.3- Propose des explications provisoires à tes interrogations.

Activité 4 : Mise en œuvre de la proposition d’explication

Sous-activité 4.1 : Généralités sur les lentilles

1-Donne la définition d’une lentille et deux exemples d’objets comportant de lentilles.

2- Cite les types de lentilles que tu connais. Ensuite, fais le schéma en coupe de chaque type de

lentilles avec leur symbole puis nomme-les.

4- Dis comment peut-on distinguer les lentilles convergentes des lentilles divergentes par le

toucher et par la méthode de l’opticien.

Sous-activité 4.2 : Caractéristiques d’une lentille convergente.

1-Place une lentille convergente face au soleil et déplace un carton en papier derrière la lentille et

parallèlement au plan de la lentille. En déplaçant l’écran constitué par le carton en papier, on constate

qu’il apparaît une tache lumineuse dont le diamètre varie. Il existe une position de l’écran pour

laquelle ce diamètre est minimal ; la tache est alors très brillante et nette : c’est l’image du soleil qui

est obtenue à travers la LC

a)- Le centre de cette tache est situé en un point particulier de l’axe optique de la LC. A partir de tes

recherches documentaires, nomme ce point et dis comment on le note.

b)- Donne le nom la distance qui sépare la LC du carton en papier utilisé comme écran.

542- Définis les termes suivants :

Centre optique ;

Axe optique principal ;

Foyer image ;

Foyer objet ;

Loupe.

3-Donne le nom et l’unité de l’inverse de la distance focale exprimée en mètre d’une LC. Représente

le schéma conventionnel d’une LC avec ses caractéristiques.

Sous-activité 4.3 : Formation et caractéristiques de l’image obtenue d’un objet à travers une LC

Consigne :

1- Exploite le document d’accompagnement de la classe de 3ème à la page 89 pour donner:

a- La marche d’un rayon lumineux passant par le centre optique d’une lentille convergente.

b- La marche d’un rayon lumineux arrivant sur une lentille convergente parallèlement à son axe

optique.

c- La marche d’un rayon lumineux arrivant sur une lentille convergente passant par son foyer

objet.

1- Utilise les résultats de la question précédente pour construire l’image A’B’ d’un objet AB dans

chacun des cas du document 1(pour P > OF et P < OF). Donne dans chaque cas les caractéristiques

de l’image A’B’ obtenue.

2- Dis dans quel cas la LC se comporte comme une loupe.

Sous-activité 4.4 : Relation de conjugaison et de grandissement

Consigne :

On approche progressivement un point lumineux A vers une LC de distance focale f=8cm de centre

optique O et de vergence C. Pour chaque position de A sur l’axe optique de la LC, on note à chaque

fois la distance objet-lentille OA=P et la distance lentille-image OA’=P’. Les résultats sont consignés

dans le tableau suivant :

1er essai 2ème essai 3ème essai 4ème essai

55OA=P (cm) 100 16 12 10

OA’=P’(cm

)

8,7 16 24 40

1/P

1/P’

1/P +1/P’

1/f

1- Reproduis et complète le tableau

2- Compare 1/P +1/P’ et 1/f puis déduis une relation qui lie 1/P + 1/P’ et la vergence C

3- En exploitant les résultats de la question 2 (1er cas) de la sous-activité 4.3, calcule les rapports

P’/P et A’B’/AB puis établir une relation entre P ; P’ ; AB et A’B’.

Sous-activité 4.5 : Les défauts de l’œil et comment les corriger

Consigne :

1- Exploite le document d’accompagnement pour :

Identifier la partie de l’œil qui joue le rôle de la LC puis le rôle de l’écran.

Expliquer les défauts de l’œil.

2- Dis comment corriger chacun de ses défauts.

3-Donne le nom d’un autre défaut de l’œil que tu connais et dis comment le corriger.

Sous activité 4-6 : décomposition et synthèse de la lumière blanche

Consignes

Exploite le document d’accompagnement de la classe de 3ème aux pages 95 et 96 et autres

documents de SPCT

1-Identifie les objets utilisés pour décomposer la lumière blanche. Cite les principales couleurs qui

constituent la lumière blanche.

2-Dis comment décomposer la lumière blanche puis explique le phénomène de l’arc-en-ciel.

3-Donne le nom de l’élément utilisé pour synthétiser la lumière blanche.

4-Dis comment synthétiser la lumière blanche.

56Retour et projectionActivité5   : Objectivation des savoirs construits.

Consignes

1- Fais le point de tout ce que tu as appris dans cette SA

2- Dis comment tu as acquis toutes ces connaissances

3- Dégages les réussites et les difficultés rencontrées

4- Dégage les possibilités d’amélioration.

Activité 6: Réinvestissement

Production1   : SA6

Contexte

Après la réussite à son examen du BEPC, Jean a reçu un appareil photographique

comme cadeau de son père. La notice d’utilisation accompagnant l’appareil l’a aidé à mieux

comprendre son utilisation. Toujours curieux, Jean voudrais bien comprendre son

fonctionnement.

Tâche : tu es invité(e) à aider Jean à comprendre le fonctionnement d’un appareil

photographique.

Consignes

1- Nomme les différentes parties d’un appareil photographique en précisant leur rôle.

2- Donne le principe de fonctionnement.

Durée : 1heure 30min

ANNEXES

Une lentille optique est un composant fait d'un matériau généralement isotrope et transparent pour la lumière dans le domaine spectral d'intérêt. C'est le plus souvent un type de verre optique, ou des verres plus classiques, des plastiques, des matériaux organiques, voire des métalloïdes tels que le germanium. Les lentilles sont destinées à faire converger ou diverger la lumière.

Son utilisation implique que son indice de réfraction soit différent de celui du milieu dans lequel elle est plongée (air, huile, eau...). Les lentilles possèdent la plupart du temps un axe desymétrie confondu avec l’axe optique mais les techniques récentes et les besoins de l'industrie et de la recherche font qu'une part non négligeable des lentilles n'ont pas d'axe de symétrie.

Il existe aussi des lentilles qui agissent sur d’autres types d’onde électromagnétique, au moyen d’unchamp électriqu e  et/ou

d’un champ magnétique

57

58

Appareil photographique

59

Appareil photographique

60

PARTIE II : RESULTATS DES ACTIVITES

SA 1 : EQUILIBRE D’UN SOLIDE ET TRANSFERT D’ENERGIE

Activité1 :

1-1 Les faits et informations évoqués

- Pas d’utilisation de machines sur le chantier de l’oncle Kodjo

- Beaucoup de mains d’œuvre humaine sur le chantier de l’oncle Kodjo

- Utilisation de machines sur le chantier du passage supérieur

- Moins de mains d’œuvre humaine sur ce chantier

- La machine fait mieux et vite ce que plusieurs personnes peuvent faire ensemble.

- L’homme fournit de l’énergie ou de force quand il travaille tout comme la machine.

- Les ouvriers maintiennent en équilibre les brouettes chargées

1-2 Dis toi-même comment tu perçois chaque fait

1-3 Discute et retiens avec tes amis les démarches

Activité2 :

2-1 Définition d’une force.

- Une force est toute action capable de : Mettre un corps en mouvement. Modifier le mouvement d’un corps. Déformer un corps ou de Maintenir un corps en équilibre

2-2 Les caractéristiques d’une force.

Une force est caractérisée par :

son point d’application (c’est le point où l’action s’exerce) sa direction ou droite d’action (c’est la ligne suivant laquelle l’action s’exerce) son sens qui est celui du mouvement qu’elle tend à produire.

61 Son intensité ou sa norme qui s’exprime en Newton(N) .

2-3 Citons quelques forces particulières.

Le poids P d’un corps La réaction R d’un support La poussée d’Archimède La tension T d’un fil, d’un ressort, d’un câble….

2-4 Les caractéristiques du poids d’un corps.

Le poids P d’un corps est la force d’attraction que la terre exerce sur ce corps. Il est caractérisé par :

- Son point d’application G qui le centre de gravité du corps.

- Sa direction toujours verticale. P

- Son sens toujours du haut vers le bas

- Son intensité qui est donnée par la relation

P= m.gAvec P en Newton(N) ; m en Kg ; g en N/Kg.

2-5 a- Les caractéristiques de la réaction d’un support.

La réaction d’un support est caractérisée par :

Son point d’application qui le point de contact du corps avec le support Sa direction qui toujours perpendiculaire au support Son sens qui du support vers le corps Son intensité qui est déterminée graphiquement

R

2-5 b L’expression de l’intensité de la tension d’un ressort.

T = K.a

Avec T en N ; a en m ; K en N/m a =l - Lo donc T = K(l - Lo )2-5 c L’expression de l’intensité F de la poussée d’Archimède

F = Pr - Pa

Pr le poids réel de l’objet ; Pa le poids apparent ou F= ρ.v.g ρ = masse volumique du liquide en K/L ; v= volume du liquide déplacé en litre(L) ; g= intensité de la pesanteur en N/Kg.

Activité3 : proposition d’explication des faits.

Sous- activité3-1 : La résultante de deux ou de plusieurs forces.

623-1-1 Définition

La résultante de deux ou de plusieurs forces est la force unique R qui aurait les mêmes effets que toutes ces forces agissant simultanément. R = F1 + F2 +F3 + ………+ Fn

Activité4 : Mets à l’épreuve la proposition d’explication choisie

Sous-activité 4-1 : Conditions d’équilibre d’un solide.

4-1-1 Condition d’équilibre d’un solide soumis à deux forces (document1).

Solide suspendu à un fil ou à un ressort et solide posé sur un support.

Solide suspendu à un fil ou à un ressort (document1 a)

A l’équilibre du solide, on a : P + T = 0 alors P = - T et en intensité, P = T

solide posé sur un support( document1 b)

A l’équilibre du solide, on a : P + R = 0 alors P = - R et en intensité, P = R

4-1-2 Condition d’équilibre d’un solide soumis à trois(03) forces non parallèles (document2).

Un solide soumis à trois forces non parallèles est en équilibre lorsque ces forces sont :

- coplanaires (ces forces sont dans le même plan).

- concourantes (ces forces se coupent en un point)

- la résultante de deux d’entre elles est l’opposée de la troisième.

A l’équilibre du solide posé sur le plan incliné, on a :

P + R + T = 0 donc T + R = - P ou P + F = - R ou P +R = - T

4-1-3 Condition d’équilibre d’un solide soumis à trois(03) forces parallèles (document3)

A l’équilibre du solide, on a : P + F1 + F2 = 0 en intensité, F1 + F2 = P De plus F1x OA = F2x OB et F2/OA = F1/ OB

4/ Résultat du support

Faisons le schéma

T Explication à la détermination de la masse m.

A l’équilibre du solide, on a : P + T = 0 en intensité, P = T or P = m.g et T= k.a donc

P en intensité, m.g = k.a d’où m = k.a/g AN : m = 50x 0,05/10 m = 0,25 kg ou 250g.

63

Sous activité4-2 : Moments des forces

4-2-1 a/ Définition et expression du moment d’une force.

Définition : le moment d’une force par rapport à un axe fixe est la grandeur qui caractérise l’effet de rotation de la force sur un solide capable de tourner autour de cet axe.Son expression : M(F/ ) = F xd F en N d en m(mètre) M en N.m ( Newton. mètre)

4-2-2 considérons cette barre.

Bilan des forces appliquées à la barre.- F1 ; F2 ; F3 ; F4 et P

Les forces qui tendent à tourner la barre dans le sens des aiguilles d’une montre- F2 ; F4

Les forces qui tendent à tourner la barre dans le sens contraire des aiguilles d’une montre

- F1 ; F3 ; et P Démarche suivie :On dépose une règle obliquement à partir de l’axe de la rotation de la barre. Les forces que la règle dans sa position oblique traverse tendent à tourner la barre dans un sens et les autres tendent à tourner la barre dans un autre sens.

F4

A D O F3 B

F

F

64- C E

F2

4-2-3 Calcul de la somme des moments de F2 ; F4 puis celle de F1 ; F3 ; et P

M(F/0 ) = F xd

M( F2/0 ) + M( F4/0 ) = F2 XOB + F4X OC AN : M( F2/0 ) + M( F4/0 ) = 20x0.2 + 8x0.7 M( F2/0 ) + M( F4/0 ) = 9,6N.m

M( F1 /0 ) + M( F3/0 ) + M( P/0 ) =F1 XOA + F3X OE + mgX OD AN: M( F1 /0 ) + M( F3/0 ) + M( P/0 ) = 10x 0,8 + 1,8x 0,1 + 10 x 0,15 M( F1 /0 ) + M( F3/0 ) + M( P/0 ) = 9,6N.m

Constat   : On constate que la somme des moments des forces F2 et F4 est égale à la somme des moments des forces F1, F3 et PM( F2/0 ) + M( F4/0 ) =M( F1 /0 ) + M( F3/0 ) + M( P/0 )

4-2-4 Enoncé du théorème des moments.

Lorsqu’un solide soumis à l’action de plusieurs forces et mobile autour d’un axe fixe de rotation est en équilibre, alors la sommes des moments par rapport à l’axe de toutes les forces qui tendent à le faire tourner dans un sens est égale à la somme des moments par rapport à l’axe de toutes les forces qui tendent à le faire tourner dans le sens contraire.

4-2-5 Condition d’équilibre de la barre.A l’équilibre de la barre on a : M( F2/0 ) + M( F4/0 ) = M( F1 /0 ) + M( F3/0 ) + M( P/0 ) Alors F2 XOB + F4 X OC = F1 XOA + F3 X OE + P X OD Déduisons- en théoriquement l’expression de l’intensité de la force P

F2 XOB + F4 X OC –(F1 XOA + F3 X OE) = P X OD

F2 XOB + F4 X OC – (F1 XOA + F3 X OE)P = OD

Sous-Activité 4-3 : Application du théorème des moments à quelques machines simples( le treuil et les leviers)

4-3-1 Définition et expression

65Un couple de forces est un ensemble de deux forces distinctes, parallèles, de sens contraires et de même intensité.

F

A B

F’

Schéma d’un couple de forces

Expression du moment d’un couple de forces

M(F, F’)/0 = Fx AB

Démonstration :M(F)/0 = FXOA et M(F’)/0 = F’ X OB

M(F, F’)/0 = (FXOA + F’ X OB) = F( OA+ OB) puisque F = F’ et OA + OB = AB alors M(F, F’)/0 = F’( AB) d’où

M(F, F’)/0 = Fx AB

4-3-2 Description d’un treuil et nature du mouvement de la charge puis celle de la manivelle.

Un treuil est un cylindre de rayon r, solidaire d’une manivelle de longueur L que fait tourner autour de son axe et sur lequel s’enroule une corde qui tire une charge.Mouvement de la charge

La charge effectue un mouvement de translationMouvement de la manivelle

La manivelle effectue un mouvement de rotation

4-3-3 Expression de la hauteur H parcourue par la charge et de la distance d parcourue par le bout de la manivelle pour n tours de manivelle.

Pour H.

1 tour 2πr Alors H = 2π r n

n tours H

Pour D

1 tour 2πL Alors D = 2π L n

n tours D

4-3-4 Schéma simplifié du treuil avec toutes les forces qui lui sont appliquées.

O

66 R A la charge

F - Le poids P de la charge

T P - La tension T du fil.

Au treuil :

T - La force F exercée par l’utilisateur.

P - La tension T’ du fil, la réaction R de l’axe, le poids P’ du treuil (négligeables

Expression de l’intensité de la force exercée par l’utilisateur.

A l’équilibre M (T’/0) = M (F/0 ). Alors F = P.r / L ou F = mg r L

Soit T’.r = F.L or T’= P doncP.r = F.L

4-3-5 Intérêt de l’utilisation du treuil dans la vie courante.

Grâce au treuil on soulève une charge en développant une force inférieure au poids de cette charge car F ¿ P.

4-3-6 Définition

Un levier est une barre rigide mobile autour d’un point fixe appelé point d’appui. Sur cette barre s’appliquent une force R à vaincre appelée force résistante et une force F développée par l’utilisateur appelée force motrice.

Schéma des différents types de leviers.

A O B C’est le levier Inter- Appui : le point d’appui est situé entre le point

R F d’application de la force résistante et celui de la force motrice. Ex : L’arrache clou ;les ciseaux ;

F C’est le levier Inter- Résistant : le point d’application de la force

O A B résistante est situé entre le point d’appui et celui de la force R motrice. Ex : Brouette ; couteau du boulanger.

67 R C’est le levier Inter-Moteur :le point d’application de la force

O B A motrice est situé entre le point d’application de la force

F résistante et le point d’appui. Ex : Articulation du coude ; pédale de la machine à coudre.

A l’équilibre du levier, on a : M ( F/0) = M ( R/0 )

Résultats du support   : 1- Condition d’équilibre de chaque schéma M ( F/0) = M ( P/0 )

a/ Poulie simple b/ Poulie à 2 gorges

A l’équilibre F.r = P.r alors F=PF x R = P x r alors F = P.r/R

c/ Brouette

P+ F+R = 0 en module, F+R = P

2- Pour augmenter le rendement d’une machine simple, on réduit les forces de frottement en graissant son axe de rotation.

3- Détermination de la réaction de l’axe de rotation de la brouette.Lorsqu’un solide est soumis à des forces parallèles, la somme des intensités des forces de même sens est égale à la somme des intensités des forces de sens opposés ; donc R + F = P d’où R= P- F

Résultats Activité4-4 : Travail d’une force.

4-4-1 Expression du travail d’une force ayant la même direction que le déplacement.

W( F ) = F.L W en Joules(J) , F en newtons( N), L en mètres(m).

A L= AB B

F F

4-4-2 Expression du travail d’une force dont la même la direction fait un angle α avec le déplacement.

F

W( F ) = Fx. L

F

FX

68FX est le projeté orthogonal de F sur l’horizontale. Il est déterminé graphiquement.

4-4-3 Expression du travail du poids d’un corps et sa nature selon le déplacement.

Le travail du poids d’un corps ne dépend pas du chemin suivi. Il dépend de la hauteur h.

W( P ) = P. h = mgh avec P en newtons, h en mètres, m en Kg , g en N/Kg , W en Joules.

Nature du travail du poids d’un corps.

Quand un corps se déplace horizontalement, le travail de son poids est Nul.

Quand un corps monte, le travail de son poids est un travail résistant et quand un corps descend, le travail de son poids est un travail moteur.

F Une force est dite motricelorsqu’elle a le même sens que le dépla-

P cement. Elle effectue un travail moteur. Une force est dite

H résistante lorsqu’elle a le sens contraire au déplacement.

F Elle effectue un travail résistant.

4-4-4 Expression du travail d’une force appliquée à un corps en mouvement de rotation.

W( F ) = M ( F/0 ) x α or M ( F/0) = F.L donc W( F ) = F.L.α avec α en radian

Pour n tours, α = 2πn W( F )= F.L.2πn

F

69F

α O

L

4-4-5 Expression du travail d’un couple de Forces.

W(F, F’ ) = M(F, F ’)/0x α or M(F, F ’)/0 = F.AB donc W(F, F’ ) = F.AB.α Pour n tours, α =2πn d’où

W(F, F’ ) = F.AB.2πn

A F’ Conversion d’un angle du degré en radian :

F’ π 180°

F α(radian) α( degré) donc α(radian)= α(degré) x π/ 180°

B Ex: si π= 3,14 pourα = 60° α≈ 1,05 radian

F

Résultats Activité4-5: Puissance d’une force et transfert d’énergies

4-5-1 Définition et expression

La puissance d’une force est le travail effectué par cette force en une unité de temps. Elle s’exprime en Watts(W). Son expression est : P = W(F) / t w en joule(J) t en seconde(s). Pour un mouvement de translation rectiligne, on a : W(F) = F.L ce donne : P = F.L / t or L/t = V vitesse du mobile par conséquent P = F.V F ennewton V en m/s.

4-5-2 Quelques formes d’énergies et quelques cas de transfert d’énergies.

Quelques formes d’énergies

L’énergie cinétique : c’est l’énergie que possède un corps du fait de sa vitesse.

L’énergie potentielle de pesanteur : c’est l’énergie que possède tout corps du fait de son altitude.

L’énergie thermique : c’est l’énergie que possède tout corps produisant de la chaleur.

L’énergie électrique : c’est l’énergie que produit toute source de courant électrique.

L’énergie solaire :c’est l’énergie transmise par les rayonnements du soleil.

L’énergie chimique : c’est l’énergie produite lors des réactions chimiques.

70 Quelques cas de transfert d’énergies.

L’énergie produite par une source peut être transférée à une autre source sous une autre forme. On

peut donc citer :

- Energie mécanique en énergie électrique ou Energie électrique en énergie mécanique.

- Energie électrique en énergie thermique et réciproquement.

- Energie électrique en énergie chimique et réciproquement.

- Energie thermique en énergie mécanique et réciproquement.

4-5-3 Définition de chacune de ces énergies et leur expression.

L’énergie cinétique : c’est l’énergie que possède un corps du fait de sa vitesse.

Son expression : Ec=½ mv2avec m en kg v en m/s

L’énergie potentielle de pesanteur : c’est l’énergie que possède tout corps du fait de son altitude.

EP = mgz = mghavec m en kg g en N/kg z ou h en m z = altitude h = hauteur.

L’énergie mécanique est la somme de l’énergie cinétique et de l’énergie potentielle

Em = EC + EPL’énergie est exprimée en joules(J).

4-5-4 Expression de la quantité de chaleur absorbée par un corps.

L’expression de la quantité de chaleur absorbée par un corps dont la température varie de t1 à t2( t2 ˃t1)est donnée par la relation :

Q = mc t avec t= t2 –t1 et m= ρv donc Q = mc (t2-t1) ou Q = ρvc(t2-t1) t1 et t2 en °c ρ= la masse volumique en kg/L ; V le volume en L ; c la chaleur massique du corps en J/Kg°c

4-5-5 Définition du rendement d’une opération.

C’est le rapport de l’énergie utile (énergie reçue) à l’énergie fournie (énergie produite) ou le rapport du travail résistant au travail moteur ( pour une machine mécanique). Il est noté r.

r = Wu/ Wf ou r = Wr/ Wm r ˂ 1

SA2 : QUELQUES REACTIONS CHIMIQUES EN SOLUTION AQUEUSE

71Résultats activité 1 :

1 –Les faits évoqués dans le texte de la situation de départ sont :a) Sunday se rend compte que chaque boisson a une composition qui est souvent en mg/l ;

b) les compositions des eaux minérales Possotomè et Fifa ne sont pas identiques ;c) certaines boissons renferment des composées dits acides ;d) la lame de rasoir a été certainement attaquée par la boisson ;e) Boniface réalise un circuit électrique simple qu’il ferme en plongeant les deux extrémités des fils conducteurs dans un verre contenant une boisson et constate le dégagement des bulles gazeuses. 2- Les apprenants ont exprimé leurs perceptions des faits évoqués

3- Les démarches et étapes nécessaires pour expliquer les faits sont Démarches expérimentale Recherches documentaires et enquêtes,

Résultats activité n°2 : circonscription des faits évoqués dans la situation de départ

1 – Les données de chaque fait évoqué :- concentration massique d’une solution (boisson) ;- les eaux minérales n’ont pas la même composition en ions ;- nature d’une solution ;- action des acides sur les métaux ;- conductibilité électrique d’une solution aqueuse et électrolyse d’une solution ;

2- Associons les données et les faits

Les faits évoqués Les données de chaque faitSunday se rend compte que chaque boisson a une composition qui est souvent en mg/L ;

concentration massique d’une solution

les compositions des eaux minérales Possotomè et Fifa ne sont pas identiques ;

les eaux minérales n’ont pas la même composition en ions

certaines boissons renferment des composées dits acides ;

nature d’une solution

la lame de rasoir a été certainement attaquée par la boisson

action des acides sur les métaux

Boniface réalise un circuit électrique simple qu’il ferme en plongeant les deux extrémités des fils conducteurs dans un verre contenant une boisson et constate le dégagement des bulles gazeuses

conductibilité électrique d’une solution aqueuse et électrolyse d’une solution

Résultats activité n°3 :propositions d’explications des faits

721- collectez vous-même les informations2- Formulez vous-même des interrogations: exemplesa- Comment préparer une solution aqueuse de concentration connue ? b- Comment déterminer la nature acide, basique, neutre, ionique ou non ionique d’une

solution ?c- Qu’est-ce - qu’une réaction acide-base ?d- Que se passe-t-il lorsqu’on verse un acide sur un métal ?e- Comment identifier les ions dans une solution aqueuse ?f- Comment réalise-t-on l’électrolyse d’un électrolyte ?

3-)Proposition de réponses

Faites vous-même des propositions de réponses.

Activité n°4 :Misea l’épreuve des propositions d’explications

Résultats sous-activité 4-1 : comment préparer une solution aqueuse de concentration connue ?4-1-1 Définitions :Soluté : Corps dissout dans un solvant. Un soluté peut être solide, liquide ou un gaz.

Solvant : C’est le liquide dans lequel on peut dissoudre des corps

Solution aqueuse: Mélange homogène obtenu en dissolvant un corps dans l’eau.

Solution aqueuse diluée: est une solution qui contient peu de soluté.

Solution aqueuse concentrée : est une solution qui contient beaucoup de soluté.

Solution aqueuse saturée : est une solution dans laquelle le solvant ne peut plus dissoudre

une quantité supplémentaire de soluté.

Concentration  massique   d’une   solution   aqueuse : est la masse de soluté par unité de

volume de la solution.

Cm=m/Vm = masse du soluté en grammesV = volume de la solution en litresCm = concentration massique en g/L

Concentration molaire d’une solution aqueuse : est le nombre de moles de soluté par unité de volume de la solution. C = n /V C = concentration molaire en (mol /L) n = nombre de moles en (mol) V = volume de la solution en LCalcul du nombre de moles

- Soluté n = m/M

73m = masse du soluté en gm = masse molaire moléculaire du soluté en (g/mol)- Soluté gazeux

n=v/V0

v = volume du gaz dissout en (L)V0 = volume molaire gazeux en L/mol

4-1-2 : Proposition de mode opératoire pour préparer une solution- Exploiter la relation C0 = m/MV0 pour déterminer la valeur de la masse du chlorure de

sodium- Peser précisément la masse m=11,7g en prélevant le solide avec une spatule propre

et sèche ;- Introduire le solide dans une fiole jaugée bien propre de capacité V=200 mL

contenant initialement un peu d’eau distillée ;- Compléter le contenu de la fiole jaugée avec de l’eau distillée à l’aide d’une puisette

jusqu’au trait de jauge ;- Boucher la fiole jaugée et la retourner plusieurs fois pour bien homogénéiser la

solution.

4-1-3 : Proposition d’un mode opératoire pour préparer une solution de volume V=100mL et de concentration C=0,1 mol/L à partir de la solution précédente

- Exploiter la relation C0V’0=C.V pour déterminer la valeur du volume V’0 à prélever soit V’0=CV/C0 =0,1x100/1=10mL ;

- prélever à l’aide d’une pipette le volume V’0 de la solution à diluer- Introduire la solution prélevée dans une fiole jaugée de capacité V=100mL ;

contenant initialement un peu d’eau distillée ;- compléter le volume de la fiole jaugée avec de l’eau distillée à l’aide d’une pissette

jusqu’au trait de jauge ;- Boucher la fiole jaugée et la retourner plusieurs fois pour bien homogénéiser la

solution.

Résultats sous-activité 4-2 : comment identifier une solution aqueuse ionique ?

K

Solution d’eau sucrée

4-2-1 : La DEL s’allume.

744-2-2 : La DEL ne s’allume pas.4-2-3 : La solution de chlorure de sodium est conductrice du courant électrique ; elle contient des ions.

La solution d’eau sucrée ne conduit pas le courant électrique ; elle ne contient pas des ions.

- Une solution ionique est une solution qui conduit le courant électrique ; elle contient des ions.

Résultats sous-activité 4-3 : comment identifier le caractère acide, basique ou neutre d’une solution aqueuse ?

4-3-1 Les solutions sont préparées.4-3-2 Observations :BBT + solution acide jauneBBT + solution de NaCl vertBBT + solution de soude bleueBBT + eau distillée vertBBT + solution sucrée vert

4-3-3 Observations

Indicateurs colorés

Solution de Chlorure de Sodium

Solution d’acide chlorhydrique

Solution d’hydroxyde de sodium

Solution d’eau sucrée

Eau distillée

B.B.T Vert Jaune Bleu Vert VertHélianthine Jaune Rouge Jaune Jaune JaunePhénolphtaléine Incolore Incolore Rouge violacée Incolore Incolore

4-3-4 D’après le document 2-2 :

- La solution d’acide chlorhydrique est acide ;- La solution de chlorure de sodium est neutre ;- La solution de soude est basique- La solution de sucre est neutre

.4-3-5 Le BBT est l’indicateur coloré le plus approprié parce que sa couleur dépend uniquement de la nature du milieu

Résultats sous –activité 4-4 : Comment expliquer une réaction acido-basique ?

4-4-1 Le schéma du dispositif est réalisé

4-4-2 Le mélange a une couleur jaune avant le dosage

754-4-3 L’opération réalisée est le dosage acido-basique

4-4-4 Le mélange est neutre lorsqu’il vire au vert ; nous sommes à l’équivalence

acido-basique.

On dit qu’il y a équivalence acido-basique lorsque le nombre de mole d’ions H3O+

apporté par l’acide est égal au nombre de mole d’ions OH- apporté par la base

4-4-5 je donne à l’équivalence les relations : na = nb soit ca.va = cb.vb

Avec na = nombre de mole de l’acide ; nb = nombre de mole de la base ; ca =

Concentration de l’acide ; = cb = concentration de la base ; vb = volume de la base à

l’équivalence acido-basique et va = volume de l’acide

4-4-6 Equation de la réaction :

(H3O++ Cl-) + (OH- + Na+) 2H2O + (Na+ + Cl-)

Cette équation est appelée équation globale de la réaction.

L’équation-bilan est :

OH - + H3O+ 2H2O

Résultats sous activité 4-5 : Comment les acides réagissent-ils avec les métaux ?4-5-1 * Avec l’acide chlorhydriqueDilué et à froid, l’acide chlorhydrique attaque le fer le zinc et l’aluminium ; il a

dégagement de dihydrogène et la formation des solutions de chlorure de fer II pour

le fer ; du chlorure d’aluminium pour l’aluminium et du chlorure de zinc pour le zinc.

Cet acide est sans action sur le cuivre.

EQUATIONSFer : Fe + 2(H3O+ + Cl-) H2 + 2H2O + ( Fe2+ + 2Cl-)Zinc : Zn + 2(H3O+ +Cl-) H2 + 2H2O + ( Zn2+ + 2 Cl-)Al : 2Al + 6( H3O+ + Cl-) 3H2 + 6H20 + 2 (Al3+ + 3 Cl-)

*Avec  l’acide sulfuriqueCas du ferDilué et à froid il attaque le fer en produisant le dihydrogène et la formation d’une solution de sulfate de fer II.Equation  globale Fe + (2H3O+ + SO4

2-) (Fe 2++ SO42-) + H2 + 2H20

Cas du cuivre : Concentré et à chaud il attaque le cuivre en produisant le dégagement du dioxyde de soufre et la formation d’une solution bleue de sulfate de cuivre.

76Cas de l’aluminium : dilué ou concentré et à froid cet acide est sans action sur l’al. A chaud il y a réaction

Cas du zinc : Cet acide attaque le zinc ; on obtient le dégagement du dihydrogène et une solution de sulfate de zinc.Equation: Zn + ( 2H3O+ + SO42-) (Zn2+ + SO4

2- ) + H2 + 2H20

*Avec l’acide nitriqueCet acide, dilué et à froid attaque le fer, le zinc et le cuivre et on obtient le dégagement de vapeurs nitreuses. Il n’attaque pas l’aluminium à froid mais l’attaque à chaud.

Identification du dihydrogène : ce gaz brûle dans l’air en provoquant une légère détonation.

Résultats sous-activité 4.6 : Comment identifier les ions en solution aqueuse ?

Identification des anions

Ions à identifier Réactif Observations Equation de la réactionIons chlorure : Cl- Ion argent Ag+ apporté

par le nitrate d’argent (Ag+ + NO3

-)

Précipité blanc de chlorure d’argent noircissant à la lumière soluble dans l’ammoniac

Ag+ +Cl- = AgCl

Ions sulfate : SO42- Ion baryum Ba2+ apporté

le chlorure de baryum (Ba2+ + 2Cl-)

Précipité blanc de sulfate de baryum BaSO4

insoluble et ne noircissant à la lumière

Ba2+ + SO42- = BASO4

Ions carbonate : CO32- Ion hydronium H3O+

apporté par tout acideDégagement de dioxyde de carbone qui trouble de chaux

CO32- + 2H3O+ = CO2 +

3H2O

Ions nitrate : NO3- Cuivre en milieu acide

(H2SO4)Coloration bleue et dégagement de monoxyde d’azote qui, en présence d’air donne du dioxyde d’azote NO2 (gaz roux)

Identification des cations

Ions à caractériser Réactif Observation Equation de la réactionIon cuivre II : Cu2+ (bleu) Ion hydroxyde OH- apporté

par la soude (Na+ + OH-)Précipité bleu d’hydroxyde de cuivre II :

Cu2+ + 2OH- = Cu(OH)2

77Cu(OH)2 soluble dans une solution d’ammoniac

Ion fer II : Fe2+ (vert pâle) Ion hydroxyde OH- apporté par la soude (Na+ + OH-)

Précipité vert d’hydroxyde de fer II : Fe(OH)2 soluble dans une solution acide et qui devient roux à l’air libre

Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2

Ion aluminium : Al3+

(incolore)Ionhydroxyde OH- apporté par la soude (Na+ + OH-)

Précipitéblanc d’hydroxyde d’aluminium : Al(OH)3

soluble dans une solution acide ou de soude et insoluble dans une solution ammoniac

Al3+ + 3OH- = Al(OH)3

Ion zinc : Zn2+ (incolore) Ion hydroxyde OH- apporté par la soude (Na+ + OH-)

Précipitéblanc d’hydroxyde de zinc : Zn(OH)2 soluble dans une solution d’ammoniac dans un excès de soude et dans une solution acide

Zn2+ + 2OH- = Zn(OH)2

4-6-2- Reprends l’expérience avec les autres solutions ioniques et remplis-le tableau suivant.

Ions à identifier Réactif Observation Equation de la réaction

Résultats sous-activité 4-7 : Comment réaliser l’électrolyse d’une solution aqueuse ionique ?

4-7-1- Schéma du circuit électrique de ce montage

Cl2 H2

( H3O+ + Cl-)

A C + - K

78 A

▬Le circuit étant fermé, l’aiguille de l’ampèremètre dévie, indiquant ainsi le passage du courant électrique.

▬ Le circuit électrique fermé, on observe le dégagement de bulles de gaz aux électrodes.

▬ A la cathode on a le dihydrogène H2, gaz qui brûle avec une légère détonation.▬ A l’anode on a le dichlore, gaz de formule Cl2, d’odeur semblable à celle de

l’eau de javel et qui décolore l’indigo. Interprétations

▬ A la cathode chaque ion H3O+ gagne un électron.Avec deux moles d’ions H3O+, on obtient :

2H3O+ +2e- H2 + 2H2O▬ A l’anode chaque ion Cl- perd un électron. Avec deux moles d’ions Cl -, on

obtient :

2Cl- Cl2 + 2e-

Equation-bilan

2H3O+ + 2Cl-Cl2 + H2 + 2H2O

4-7-2- Montage

Cl2 dépôt de fer(Fe)

.( Fe2+ +2 Cl-)

A C + - K A

79Schéma du montage d’électrolyse de la solution de chlorure de fer II▬ Cathode : Chaque ion Fe2+captent deux électrons pour donner le fer métal de

couleur blanc grisâtre qui se dépose. L’équation de la réaction s’écrit : Fe2+ + 2 e- Fe

▬ Anode : Les ions Cl- perdent un électron pour donner le gaz de dichlore qui se dégage. L’équation de la réaction s’écrit : 2 Cl- Cl2 + 2 e-

▬ Equation-bilan : Fe2+ + 2 Cl- Cl2 + Fe

4-7-3- Ici le cuivre remplace le fer. ▬ Cathode : Cu2+ + 2 e- Cu ▬ Anode : 2 Cl- Cl2 + 2 e-

▬ Equation-bilan : Cu2+ + 2 Cl- Cl2 + Cu4-7-4- Relation : 1F = 96500 C libère 11,2 L de H2 à la cathode, 11,2L de dichlore à l’anode, 28g de fer à la cathode et 32g de cuivre rougeâtre à la cathode. Soient V (H2), V (Cl2), mFe et mCu les valeurs à déterminer. On a des relations suivantes :

Pour le volume de dihydrogène (H2) 96500 C 11,2 L

Q = I x t V (H2)

Alors on a : V ( H 2 )= I x t x 11,2L96500 C

Pour le volume de dichlore (Cl2) 96500 C 11,2 L

Q = I x t V (Cl2)

Alors on a : V (Cl2 )= I x t x11,2 L96500 C

Pour la masse de fer 96500 C 28 g

Q = I x t mFe

Alors on a : mFe= I x t x28 g96500C

Pour la masse de cuivre 96500 C 32 g

Q = I x t mCu

Alors on a : mCu= I x t x 32 g96500 C

80I est l’intensité (en Ampère) du courant électrique qui traverse l’électrolyte pendant une durée t (en seconde) Q est la quantité d’électricité exprimée en Coulomb (C)

Résultats activité 5 : Objectivation

5-1- Point des savoirs construits :

▬ Préparation d’une solution aqueuse ;▬ Nature des solutions aqueuses ;▬ Dosage acido-basique ;▬ Action des acides sur les métaux ;▬ Identification des ions en solution aqueuse ;▬ Electrolyse de solution aqueuse ionique.

5-2- Réussites et difficultés rencontrées Réussite Difficultés :

▬ Manque de documents▬ Manque de matériel d’expérimentation▬ Difficultés de manipulation

5-3- Proposition des possibilités d’améliorationSe doter de matériel

Activité 6 : réinvestissement des acquis dans la situation de vie courante

Résultats production 1 : SA21- Dispositif expérimental du dosage. (voir figure)2- Protocole expérimental du dosage- on réalise le dispositif expérimental du dosage ;- on met dans le bécher 10 cm3 d’une solution d’acide chlorhydrique et on y ajoute quelques gouttes de B.B.T, on constate que la solution prend une coloration jaune.- on verse goutte à goutte par ouverture de robinet la solution de soude contenue dans la burette graduée dans la solution d’acide chlorhydrique et on agite le mélange au fur et à mesure. On arrête l’opération par la fermeture du robinet lorsqu’on constate l’apparition de la coloration verte et on lit le volume de soude versée (15 mL) . Le mélange du bécher est alors neutre : c’est l’équivalence acido-basique ;3- l’équivalence acido - basique veut dire que le nombre de mole de l’acide est égal au nombre de mole d’ions hydroxyde apportés par la soude.n(H3O+)i = n(OH-)ap alors na= nb soit cava =cbvb

3 Equation bilan H3O+ + OH- 2H2O

814 Concentration molaire de la solution d’acideCa =cb.vb/va

Ca = 0,01 x 15/10 ca = 0,015 mol/L

6- Equation globale (H3O+ + Cl-) + (Na+ + OH-) 2H2O + (Na+ + Cl-)

Ca.va = m/M alors m = ca.va X M = O,OO87g.

m = 8,7.10   -3  g   

Résultats production2: SA2

1- On observe un dégagement gazeux, la disparition du métal et la coloration verte de la solution

2- L’équation de la réaction est :Fe  +  2(  H3O+ + Cl-)                         H2     +    2H2O  +  ( Fe2+   + 2Cl-)

3- Mise en évidence du gaz recueilli

On approche une buchette allumée de l’orifice du tube contenant le gaz. Au contact de la flamme, on obtient une vive détonation caractéristique du dihydrogène

4- Calcul du volume V(H2)

D’après l’équation, on a :

n(H2) = na/2 soit V(H2)/Vo = CaVa/2

V(H2) = Cava. Vo /2

V(H2) = 0,5 x 0,005x22,4/2 = 0,028L

V(H2) =  0,028L

- Calcul de la masse de fer ayant réagi

D’après l’équation, on a :

n(Fe) = na/2 équivaut à : m(Fe)/M(Fe) = CaVa/2

m(Fe)/ =  CaVa. M(Fe)/2

m(Fe) = 0,5x0,005x56/2 = 0,07g  m(Fe) = 0,07g

Résultats production3 : SA2

1- Justification : La couleur jaune-vert caractérise le dichlore à l’anode et le dépôt rouge à la cathode caractérise le cuivre.

822- Equations :▬ Cathode : Cu2+ + 2 e- Cu▬ Anode : 2 Cl- Cl2 + 2 e-

▬ Equation-bilan : Cu2+ + 2 Cl- Cl2 + Cu3- Calcul de :

▬ L’intensité I du courant électrique

I= MCu x 96500 Ct x 32

A.N: t = 965 S I=1,2g x96500 C965 x32

I = 3,75 A ▬ Le volume V de dichlore dégagé

V (Cl 2 )= I x t x12 L96500C

A.N: I = 3,75 A ; t = 965 s

V=3,75 A x965 s x12 L96500C

V = 0,45 L4- Schéma annoté de du dispositif expérimental de cette électrolyse

SA3   :L’ENERGIE ELECTRIQUE, UN BESOIN INDISPENSABLE.

Résultats activité1

1-1 identification des situations-problèmes.

- Réseau de câbles supporté par des pylônes et des poteaux

- Energie électrique

- Relevé de la consommation de l’énergie au niveau du compteur par un agent de la SBEE.

- D’où vient l’énergie électrique consommée à la maison, et comment la produit-on ?

83- Quel est le rôle du compteur électrique, et à quoi sert le relevé effectué par l’agent de la SBEE ?

1-2Exprimetes représentations initiales sur les différents faits identifiés dans la situation de départ.

1-3 Discute maintenant de ces faits avec tes camarades en faisant un lien entre ces situation-problèmes et d’autres situations antérieures.

Résultats activité2 :

Stratégies d’enseignement / apprentissage (respectez de façon rigoureuse ces stratégies chers apprenants)

Travail individuel (ti = 20 mn)

Travail en groupe (tg = 60 min)

Travail collectif (Tc = 40 min)

2-1) Relevons les données sur les faits évoqués.

- Les faits évoqués

Découverte d’une station de production.

Questionnement sur l’utilité des installations électriques.

Questionnement sur l’origine et la production de l’énergie électrique.

Questionnement sur le rôle du compteur électrique et le calcul de la consommation de l’énergie électrique.

- Les données sur chacun des faits

Station de production :

a- Production de l’énergie électrique

b- Distribution de l’énergie électrique

c- Transformation de l’énergie électrique

Utilité des installations électriques

d- Transport

e- Distribution

Origine et production de l’énergie électrique

f- Les centrales électriques

Compteur électrique

g- Puissance

h- Intensité

i- Tension

84j- Bilan énergétique.

2-2) Association des données

Origine Production et distribution Energie électrique

a ; b ; c ; d ; e ; f  g ; h ; i ; j

Résultats activité3   :

Matériel à utiliser par l’apprenant.

Documents de sciences physiques, revues scientifiques, manuels scolaires au programme d’études de la classe de 3ème.

Apprenants, choisissez vous même des explications plausibles concernant les différentes notions étudiées 

Résultats sous Activité 4-1 : Comment produit-on industriellement le courant électrique alternatif ?

Consignes

4-1-1) Observation faite

- Production du courant électrique- On fait tourner un alternateur, qui produit le courant électrique. - Le courant électrique est produit par la rotation d’un aimant droit au voisinage d’une

bobine.- Nature et sens du courant.

Le courant produit par la rotation de l’aimant autour de la bobine est un courant alternatif ; il ne possède pas un sens précis.

4-1-2) Production industrielle du courant électrique alternatif.

Le courant électrique alternatif est produit par un ensemble turbine alternateur.

Les alternateurs industriels sont formés par un ensemble de bobine (parcourues par un courant électrique continu) appelé rotor et un ensemble de bobines fixes appelées stator. La rotation du rotor fait apparaitre une tension alternative aux bornes du stator.

Résultats sous-activité4-2   : Quelles sont les caractéristiques d’une tension électrique alternative ?

4-2-1) Nom de la figure : c’est un oscillogramme

4-2-2) Citons et définissons les caractéristiques d’une tension électrique alternative :

85- La période  : c’est la durée correspondant au motif élémentaire qui se répète.Elle est notée T et s’exprime en seconde (s)T = Sh x dAvec Sh la sensibilité horizontale en (s/div.)d le nombre de divisions

- La fréquence  : elle est l’inverse de la période. On la note N ou f et elle s’exprime en Hertz (Hz)N = 1/T

- Son amplitude  :c’est la valeur maximale prise par la tension au cours de sa variation.Elle est notée Umax et s’exprime en volts.

Umax = Sv x h

Avec Svla sensibilité verticale en volt/div. et h le nombre de divisions- Sa tension efficace  : c’est la mesure de la tension alternative sinusoïdale donnée par le

voltmètre.La relation entre amplitude et tension efficace est : Umax = Ueff√2

Calcul des valeurs réelles de ces caractéristiques

Valeur de la période T = Sh x d

AN:Sh = 5ms/div d = 3divT = 5x3T = 15ms = 0.15s

Valeur de la fréquenceN = 1/T AN : N = 1/0.15N = 6.66 Hz

Valeur de la tension maximaleUmax = Sv x dAN : Sv = 103V/div.d = 2divUmax = 103x2Umax = 206V

Valeur de la tension efficace- Ueff = Umax/√2

AN : Umax = 206V- Ueff = 206/√2

Ueff = 146V,

Résultats EF1

Valeur de la période T = Sh x d

AN:Sh = 5ms/div d = 4div

86T = 5x4T = 20ms = 0.02s

Valeur de la fréquenceN = 1/T AN : N = 1/0.02N = 50 Hz

Valeur de la tension maximaleUmax = Sv x dAN : Sv = 5V/div.d = 3,5divUmax = 5x3, 5Umax = 17,5V

Valeur de la tension efficace- Ueff = Umax/√2

AN : Umax = 17,5V- Ueff = 17,5/√2

Ueff = 12,37V,

Résultats Sous Activité 4-3Comment se font le transport et la distribution de l’énergie électrique ?

4-3-1) Citons les différents éléments intervenant dans le transport et la distribution de l’énergie électrique

- Transformateur (abaisseur et élévateur)- Pylônes,poteaux et câbles compteur disjoncteur

4-3-2) Transport et distribution de l’énergie électrique.

A la sortie de la centrale, la tension électrique est d’abord élevée à une valeur de l’ordre de 400 kV par des transformateurs élévateurs de tension et transportée par des câbles à haute tension portés par des pylônes pour minimiser les pertes d’énergie en ligne.Avant d’être distribuée aux usagers, elle est abaissée par des transformateurs abaisseurs de tension.

Résultats Sous Activité 4-4 Quel est le rôle des différents éléments au cours du transport et de ladistribution de l’énergie électrique.

4-4-1) Observation faite

Les éléments constitutifs d’un transformateur : deux bobines, dont l’une est primaire et l’autre secondaire.

Symbole d’un transformateur

87Primaire Secondaire

U1 U2

Bobine primaire Bobine secondaire Fig. n° 3.10-b

Ou

Nombre de spire au primaire N1 = 5500 spires

Nombre de spires au secondaire N2 = 300 spires

4-4-2) expérience faite

Tension à l’entrée Up

Tension à la sortie Us

Rapport Us/Up

Tension alternative 12V 0,6V 0,05Tension alternative 6V 0,3V 0,05Tension continue 6V - -

4-4-3) Calculons le rapport N2/N1

N2/N1 = 300 / 5500 = 0.05

Comparaison

Les deux rapports sont égaux.

Conclusion

4-4-4) Le rapport de transformation étant inférieur à 1, nous pouvons conclure qu’il s’agit d’un transformateur abaisseur de tension

Résultats Sous Activité 4-5 : Comment obtient-on une tension électrique continue à partir d’unetension électrique alternative ?

4-5-1) Expérience faite

4-5-2) Rôle des éléments

Us/Up= N2/N1

88

Fig. n° 3.10-f

+

-

Pont de diodes

A

B

12 V

Transformateur

Masse

YA

Condensateur

230 VPriseSBEE

- Transformateur : abaisse la tension alternative- Pont de diodes : redresseur double alternance.- Condensateur:il permet de lisser la tension redressée afin d’obtenir une tension

continue.

4-5-3)On obtient une tension continue à partir d’une tension alternative en associant aux bornes d’un générateur de courant alternatif et en parallèle les éléments suivants : un pont de diodes et un condensateur.

4-5-4) Nom du dispositif réalisé : adaptateur de tension.

Schéma normalisé

Résultats Sous-activité 4-6 : Quelles sont les grandeurs dont dépend la puissance consommée dans un circuit électrique ?

4-6-1) Je complète le tableau

Puissance(w) indiquée

Tension électrique(V)

Intensité mesurée I(A)

U x I Eclat

1,2 2,52 0,12 0.304 Faible

1,8 5,91 0,31 1.8 Normal

1,8 8,86 0,41 3.63 Fort

Justification des éclats- Dans le 1ercas,la lampe brille faiblement car la puissance indiquée est très supérieure

au produit U x I- Dans le deuxième cas,la lampe brille normalementparce que la puissance indiquée est

égale au produit UxI

89- Dans le troisième cas la lampe brille fortement car la puissance indiquée est très inférieure au produit UxI

4-6-2) La puissance indiquée est la puissance nominale de la lampe.Le produit UI est la puissance consommée par la lampe.4-6-3) La puissance électrique consommée par un conducteur ohmique dépend de la tension U aux bornes duconducteur ohmique et de l’intensité I du courant qui le traverse.

Son expression estP = Ux I

La puissance consommée par un appareil s’exprime en Watts de symbole W.On a : P =U x I avec U en volt (V) ; I en Ampère (A) et P en Watt (W)

4-6-5) Je donne d’autres expressions de la puissance consommée.D’après la loi d’ohm pour un conducteur ohmique on a : U = RxI donc P = RI2 de même on a I = U/R alors P = U2/R avec U en volt, I en Ampère, R en ohm et P en Watt

Résultats Sous- activité 4-7  : Quelles sont les grandeurs dont dépend l’énergie électrique consommée dans un circuit électrique ?

4-7-1) L’énergie électrique mesurée et indiquée par le compteur s’exprime en kilowattheure de symbole kWh.4-7-2) Après analyse du kWh,je peux dire que l’énergie électrique consommée dépend de la puissance consommée et de la durée de fonctionnement. 4-7-3) L’énergie électrique a pour expression :

E en Wh,t en heure P en watt4-7-4) Je donne d’autres expressions de l’énergie électrique EOn a P = RI2 donc E = RI2t. De plus P = U2/R alors E = U2xt/R avec R en ohm, U en Volt, I en ampère t en heure et E en Wh.

Résultats Sous-activité 4-8 : Peut- on transformer l’énergie électrique en chaleur ?

4-8-1) Les différents éléments qui constituent ce circuit sont :

- Un générateur de courant alternatif- Un ampèremètre- Un voltmètre- Un thermoplongeur- Un calorimètre contenant de l’eau dans laquelle sont plongés le thermoplongeur, un

thermomètre et un agitateur.4-8-2) La température initiale de l’eau est de 200C.4-8-3) La température finale est de 800C après 3,5 min.Les indications du voltmètre et l’ampèremètre sont respectivement U = 220V et I = 3A

E = P x t

904-8-4) Je constate que la température de l’eau a augmenté.Quand on ferme le circuit, le thermoplongeur transforme l’énergie électrique qu’il reçoit en énergie calorifique par effet joule puis cède cette énergie à l’eau sous forme de chaleur.4-8-5) Calcul de l’énergie électrique reçue par le thermoplongeurE = U.I.t AN: t = 3,5min = 210 s U = 220V, I = 3AE = 220x 3x 210E = 138600 JCalcule de la quantité de chaleur reçue par l’eau

Q = m.c (tf– ti)AN: m = 0.5kg; C = 4200j/kg0C tf– ti= 80-20 = 600C

Q = 0,5 x4200x60

Q = 126.000j

On constate que E supérieure à Q, donc il y a perte d’énergie.

4-8-6) En réalité, cette énergie perdue a servi à chauffer le calorimètre et ses accessoires.

4-8-7) Déterminons la masse mede l’eau. 

me = E/C (tf - ti)

me = 138600/4200x50 me = 0.66 kg

4-8-8) Expression de la chaleur reçue par l’ensemble eau- calorimètre - accessoires

On a :

E = RI2 t + m.c (tf– ti)

Résultats Sous Activité 4-9 : Comment fonctionne un compteur d’énergie électrique ?

4-9-1) L’énergie électrique consommée par un conducteur ohmique a pour expression:

E = P x T

4-9-2) L’énergie électrique consommée par un ensemble d’appareils dans un circuit électrique est égale à la somme des énergies électriques consommées par chacun des appareils.

4-9-3) Fonctionnement d’un compteur électrique.

91Le nombre de tours du disque du compteur est proportionnel à l’énergie électrique consommée dans l’installation électrique. L’énergie correspondant à un tour du disque est inscrite sur le compteur et noté C en Wh/tr

E = n x c

Avec n : le nombre de tour

Résultats Sous Activité 4-10: Comment faire le bilan énergétique dans un circuit électrique ?

4-10-1) Je donne les caractéristiques de chacun des éléments

Chauffe-eau - 220V : tension nominale ou tension d’usage- 100W : puissance nominale ou puissance d’usage

Réfrigérateur - 220V : tension nominale ou tension d’usage- 300W : puissance nominale ou puissance d’usage

Lampe - 220 V : tension nominale ou tension d’usage- 75 W : puissance nominale ou puissance d’usage

4-10-2) Energie consommée par chaque appareil pendant 5min.

Appareil Puissance (W) Temps (s) Energie (J)Chauffe-eauEc 100 300 30.000Réfrigérateur Er 300 300 90.000Lampe El 75 300 22.500

4-10-3) Bilan énergétique

E = Ec+Er+El

E = 30.000+90.000+22.500

E = 142.500J

SA4 : FABRICATION D’OBJETS TECHNIQUES SELON LA DEMARCHE TECHNOLOGIQUE : DETECTEUR DE COURANT ELECTRIQUE – ELECTROLYSEUR

Résultats activité11-1 Exprimez vous-mêmes le besoin de fabriquer :- votre propre détecteur de courant électrique pour tester la conductibilité électrique de l’eau pure ;

92- votre propre électrolyseur pour réaliser l’électrolyse de l’eau. 

1.2 Le détecteur de courant électrique comme son nom l’indique est un appareil qui sert à identifier la présence du courant électrique qui traverse un objet.

Un électrolyseur est un vase transparent muni de deux tiges conductrices appelées électrodes et branché aux bornes d’un générateur.

1.3- La démarche et les stratégies nécessaires :

La démarche : il s’agit de la démarche technologique ; Les stratégies :

- les interviews ;- les enquêtes ;- les recherches documentaires ;- Entretien avec les personnes ressources ;- Etc.

Résultats Activité2 : Circonscription des objets à fabriquer

2.1- Après observation des dessins mis à notre disposition on retient que :

- Pour la fabrication d’un détecteur de courant électrique il faut : un transistor, une DEL, deux conducteurs ohmiques de 330 ohms et 470 ohms, fils de connexion, un domino, une pile plate…;

- Pour la fabrication de l’électrolyseur : il faut un récipient en matière plastique transparent ou une bouteille de Possotomè découpée, deux tiges conductrices en graphite appelées électrodes, une colle forte, des fils de connexion, un étain, le fer à souder, une pince coupante.

2.2-Fonctions des éléments :

- Le vase : c’est un récipient dans lequel on met l’électrolyte ;- Les tiges : servent d’électrodes au niveau desquelles auront lieux des réactions

chimiques ;- La DEL : c’est un voyant lumineux consommant peu d’énergie qui s’allume au

passage du courant électrique ;- Le transistor : composant électrique de petites tailles disposant 3(trois) bornes à savoir

l’émetteur (E), collecteur (C) et la base (B). Il en existe 2 types : transistor NPN et le transistor PNP ;

- Les conducteurs ohmiques assurent la protection des autres composants électriques (DEL et transistor) ;

- Le domino : c’est un connecteur qui permet la connexion des autres éléments ;- La pile : fournit l’énergie électrique nécessaire au fonctionnement du circuit ;

93- Les fils de connexion : conduisent le courant électrique et permettent de relier les éléments entre eux.

Rôles des objets :

Le détecteur de courant électrique comme son nom l’indique est un appareil qui sert à identifier la présence du courant électrique qui traverse un objet.

Un électrolyseur est un vase transparent muni de deux tiges conductrices appelées électrodes et branché aux bornes d’un générateur et permet de réaliser l’électrolyse d’une solution ionique.

2-3 Pour fabriquer ces éléments, il faut :

- Recenser les composants ; - Mobiliser les composants par récupération ou par achat ;- Identifier les différentes possibilités de fabrication ;- Choisir une possibilité ; - Réaliser un prototype ;

Difficultés possibles : Certains composants seront difficiles à retrouver.

Résultats Activité 3 : Exploration des différentes possibilités de fabrication

3.1 Schémas

- 3.2 il faut un récipient en matière plastique transparent ou une bouteille de Possotomè découpée, deux tiges conductrices en graphite (dans les piles cylindriques usées) appelées électrodes, une colle forte, des fils de connexion, un étain, le fer à souder, une pince coupante pour fabriquer l’électrolyseur. Toutefois, tu peux recenser le matériel disponible dans ta localité et te débrouiller avec.

- Pour la fabrication du détecteur du courant, il faut : un transistor, une DEL, deux conducteurs ohmiques de 330 ohms et 470 ohms, fils de connexion, un domino, une pile plate…; il n’ya pas de jonglage là c’est ce matériel ou rien.

3.3- Les objets de récupération

Détecteur du courant électrique - Fils de connexion ;

Détecteur du courant électrique Electrolyseur

A

B

R1

R2

94- DEL ;- Résistors

Electrolyseur - Fil de connexion ;- Les tiges en graphite à récupérer dans les piles cylindriques usées.

3.4- Les différentes possibilités de fabrication :

*Détecteur du courant électrique :la seule possibilité ici est la fabrication d’un détecteur du courant à base de transistor :

*Electrolyseur : il existe des électrolyseurs à électrodes en charbon, en cuivre, en fer,…

Résultats Activité 4   : Choix de la possibilité de fabrication d’un détecteur de courant et d’un électrolyseur la plus appropriée.

4 .1- La possibilité de fabrication la plus appropriée du détecteur de courant électrique est celle à base d’un transistor dont les éléments constitutifs peuvent être facilement trouvés.

Quant à l’électrolyseur, choisissons celui à vase dont les objets essentiels peuvent être récupérés facilement.

4.2- Maquettes des objets à fabriquer

95

Maquette du détecteur du courant électriqueMaquette de l’électrolyseur

Activité 5 : Mise en œuvre de la possibilité de fabrication choisie.

Résultats Sous-activité 5-1 : Planification des actions à mener pour fabriquer chaque objet.

5.1.1- Différentes étapes de la fabrication : étapes préparatoires, analyse de la fabrication, mise en œuvre de la possibilité de fabrication5.1.2- Planification des actions à mener : Etapes préparatoires.

- Evaluer et répertorier le matériel de récupération disponible dans notre environnement.- Evaluer et répertorier le matériel nécessaire à acheter éventuellement- Prendre en compte les contraintes afin de choisir la plus appropriée des possibilités de

fabrication du détecteur de courant électrique à transistor et de l’électrolyseur à vase.- Faire éventuellement un dessin de chacun des appareils.

Analyse de la fabrication- Recenser et mobiliser le matériel à utiliser.- Définir les différentes étapes à mettre en œuvre.

96- Définir le nombre d’exemplaires.- Définir et répartir les tâches dans le groupe s’il s’agit d’un travail en groupe.- Fixer le délai de réalisation de réalisation des tâches.

Mise en œuvre de la possibilité de fabrication- Exécuter les tâches définies ou planifiées.- Faire le montage.- Tester les appareils fabriqués- Faire la finition- Noter les modifications intervenues en cours de fabrication et affiner la fabrication de

chaque appareil.Résultats Sous-activité 5-2 : Fabrication proprement dite.

Matériel à utiliser   : document d’accompagnement, manuel de SPCT, pile plate de 4,5V, fils de connexion, DEL, transistor BD137, conducteurs ohmiques (R1=330 Ohms, R2=470 Ohms), domino d’électricien, tournevis, tube en plastique, fond de bouteille (Possotomè) en plastique, colle forte, pile ronde ou cylindrique hors d’usage…

Fabriquez vous-mêmes les deux (2) objets et testez- les pour vérifier votre ingéniosité.

SA 5 : COMBUSTION COMPLETE DE QUELQUESHYDROCARBURESETREACTIONS DE POLYMERISATION

Résultats activité1 : Expression de la perception initiale

1.1- Les faits évoqués dans cette situation de départ sont les suivants : - Sans réglage la flamme du chalumeau est rougeâtre et produit beaucoup de fumée

noire.- Après réglage du chalumeau, la flamme devient bleue sans fumée.- Le gaz utilisé par le soudeur et le butane utilisé à la cuisine sont des hydrocarbures.- On peut fabriquer des plastiques avec certains hydrocarbures.- La mauvaise gestion des matières plastiques après usage.

1.2- Echange entre apprenants1.3- Démarches et activités à mener :

- Recherches documentaires, observation,…

…………………………………………………………………………………………………

Résultats Activité2   : Circonscription des faits évoqués.

2.1 Données énumérées :

- Les gaz et les matières plastiques ;- Les flammes rougeâtres avec fumées noires ;- Les flammes bleues sans fumées ;

97

H

C HH

H

- Le gaz (butane) qui brûle ;- Les hydrocarbures.

2.2 Association entre données et perception :

- Lorsque la flamme est bleue on parle de combustion complète ;- Après usage, la mauvaise gestion des matières plastiques pollue l’environnement.

2.3 Traduction des faits dans un langage approprié aux SPCT :

- En réglant le chalumeau on réalise la combustion complète de l’hydrocarbure qu’il contient.

- La fabrication des matières plastiques résulte de la polymérisation des hydrocarbures.

…………………………………………………………………………………………………..

Résultats Activité3 : Enonce une proposition d’explication à chacun des faits circonscrits.

3.1 Collecte des informations relatives :

- Certains hydrocarbures sont des gaz utilisés dans la soudure et la cuisine ;- Les matières plastiques sont fabriquées à partir des hydrocarbures ;- Ces matières plastiques peuvent être utilisées dans la fabrication des emballages tels

que les sachets. Ces derniers, après usage, peuvent servir dans divers domaines.

3.2 Formulation des interrogations :

- Comment identifie-t-on les différents types d’hydrocarbures ?- Comment réalise-t-on la combustion complète des hydrocarbures ?- Qu’est-ce qu’une réaction de polymérisation ?

Activité N°4   : Mise à l’épreuve de la proposition d’explication choisieRésultats Sous-activité 4-1 : Identification des différents types d’hydrocarbures et écriture des formules brutes, semi développées et développées de quelques hydrocarbures.

4.1.1 Ces molécules renferment  des atomes d’hydrogène (H) et des atomes de carbone (C).

- Définition   : un hydrocarbure est un corps dont la molécule est constituée uniquement d’atomes de carbone et d’hydrogène

4.1.2 Tableau   :

N° Nom Formule brute

Formule développée

Formule semi-développée

98

H

C HH

H

CH

H

H

CH

H

CH

HC

H

HHC

1 Méthane CH4

2 Butane C4H10CH3-CH2-CH2-CH3

3 Ethylène C2H4

CH2¿CH2

4Acétylèn

e ou éthyne

C2H2 H−C ≡C−H HC ≡CH

4.1.3 ** les différents types de liaisons

- Liaison simple de covalence C-C dans la formule développée du butane (C4H10)- Liaison double C=C pour l’éthylène (C2H4) et liaison triple C≡C pour l’acétylène

(C2H2)

** les deux catégories d’hydrocarbures :

Hydrocarbures saturés : méthane et butane Hydrocarbures insaturés : éthylène et acétylène

4.1.4 Définitions :

- Un hydrocarbure saturé est un hydrocarbure dont la molécule renferme uniquement des liaisons de covalence simple entre carbone carboneC-C ;

- Un hydrocarbure insaturé est un hydrocarbure dont la molécule renferme au moins une double liaison entre carbone carbone C=C ou une triple liaison entre carbone carbone C≡C;

4.1.5 Quelques propriétés physiques des hydrocarbures

Les quatre (4) hydrocarbures étudiés sont des gaz à température ordinaire. Le méthane, l’éthylène et l’acétylène sont plus légers que l’air alors que le butane est plus lourd.

Résultats Sous-activité 4-2   : Etude de la combustion complète des hydrocarbures

4.2.1 Conditions de réalisation d’une combustion complète :

- Combustible (hydrocarbure) ;- Comburant (dioxygène) en quantité suffisante ;- Source de chaleur (allumette, briquet,…).

994.2.2 ** Observations   : présence de fines gouttelettes d’eau au niveau des parois du verre qui s’échauffe ;** Constat et conclusion   : l’eau de chaux devient trouble, il ya donc présence du dioxyde de carbone (CO2).** Précision : le combustible est le butane contenu dans le briquet et le comburant est le dioxygène de l’air. On les appelle des réactifs.** Produits de la réaction : l’eau, dioxyde de carbone. La combustion a dégagé de la chaleur, donc la combustion des hydrocarbures est une réaction exothermique.

4.2.3 Equations équilibrées de la combustion complète du méthane, butane, éthylène et de l’acétylène :

Hydrocarbure Equation-bilan Pouvoir calorifique (en kJ.mol-1)Méthane CH4 + 2O2→ CO2 + 2H2O 890Butane 2C4H10 + 13O2→ 8CO2 + 10H2O /

Ethylène C2H4 + 3O2→2CO2 + 2H2O /Acétylène 2C2H2 + 5O2→ 4CO2 + 2H2O /

4.2.4 Intérêts pratiques de la combustion des hydrocarbures :La combustion des hydrocarbures  constitue une source d’énergie pour les habitations et les industries. L’énergie de la combustion des hydrocarbures peut être transformée en énergie mécanique dans les moteurs. Dans ce cas ces hydrocarbures sont appelés des carburants.

Résultats sous-activité4-3   : Fabrication des matières plastiques : réactionde polymérisation

4.3.1 Définition de  polymérisation:c’est l’addition de plusieurs molécules identiques d’hydrocarbures insaturés (monomère) les unes sur les autres pour obtenir une molécule plus grosse (polymère).

4.3.2 Equations bilan de la réaction d’addition :

- du dihydrogène sur l’acétylène :

- du chlorure d’hydrogène sur l’acétylène.

4.3.3 Equation de polymérisation de :

C2H2 + H2→ C2H4

AcétylèneDihydrogèneEthylène

C2H2 + HCl→ C2H3Cl

Acétylènechlorure d’hydrogènemono chloro -éthylène ou chlorure de vinyle

100- L’éthylène :

- Du chlorure de vinyle :

Utilité des produits : le polyéthylène et le polychlorure de vinyle sont utilisés dans la fabrication des bouteilles en plastique, des tubes de canalisation, dans le revêtement des sols, des gaines de fils électriques, etc.

Résultats Sous-activité 4-4 : Utilisation et gestion des matières plastiques

4.4.1 Utilité des matières plastiques :

Les matières plastiques sont utilisées comme des emballages (sachets, sacs,…). Ils servent à l’isolation des câbles et des fils électriques, interviennent dans la composition des toitures, des cadres de portes, defenêtres, des outils de quincaillerie, etc.

4.4.2 Explication :

Les matières plastiques, après leur usage, sont généralement jetées dans la nature. Ce sont des corps non biodégradables (qui ne se décomposent pas) et dont la combustion produit des gaz toxiques (CO2, CO : qui sont des gaz à effet de serre).

4.4.3 Proposition de moyens :

Collecte, tri et recyclage des matières plastiques à des fins utiles

Réinvestissement   :

RésultatsProduction 1   : SA5

1. Equation équilibrée :2C4H10 + 13O2 → 8CO2 + 10H2O2. Nature du gaz : CO2

Mise en évidence : on allume le réchaud à gaz et on place un verre transparent sec au-dessus de la flamme bleue pale, on le retourne puis on verse immédiatement de l’eau de chaux dans

n(CH2=CH2) → (-CH2-CH2-)n

Ethylène (Monomère)polyéthylène (polymère)

n = degré ou indice de polymérisation

(-CH2-CH2-) =motifélémentaire

n(CH2=CHCl) → (-CH2-CHCl-)n

chlorure de vinyle (Monomère)polychlorure de vinyle (polymère)

n = degré de polymérisation

(-CH2-CHCl-) = motif élémentaire

101le verre. On constate que l’eau de chaux se trouble ; ce qui témoigne la présence du dioxyde de carbone (CO2).

3. Calcul de la masse d’eau formée :

m(eau)=5m(C 4 H 10)× M (H 2O)

M (C 4 H 10)

m(eau)= 9,31 kg

4. Le volume du CO2 :

V (CO 2)=4 m(C 4 H 10)×V 0M (C 4 H 10)

V(CO2) = 9268,96 L

Résultats Production 2: SA5

2.1 Formules brutes et semi- développée du chlorure de vinyle.Formule brute : C2H3ClFormules semi-développée : CH2=CHCl

2.2 l’équation de la réaction

Nom de la réaction : réaction d’addition2.3 l’équation de la polymérisation du chlorure de vinyle ; le monomère, le motif élémentaire

et le polymère.

Usages du polychlorure de vinyleLe polychlorure de vinyle sont utilisés dans la fabrication des bouteilles en plastique, des tubes de canalisation, dans le revêtement des sols, des gaines de fils électriques,

C2H2 + HCl→CH2= CHCl

n(CH2=CHCl) → (-CH2-CHCl-)n

(Monomère) (polymère)

(-CH2-CHCl-) = motif élémentaire

102

Résultats Activité 1 : Représentation initiale des faits évoqués dans la situation de départ

1- Les faits évoqués dans le texte de la SD sont :

▬ Les objets en verre transparents de différentes formes qui grossissent ou réduisent les

écritures du cahier ou du livre.

▬ Des objets en forme de prisme droit, exposés d’une manière, face à la lumière,

projettent une plage de lumière de sept couleurs.

▬ Certains parents considèrent l’arc-en-ciel comme un serpent, une divinité. Mais il est

étonnant de constater qu’un phénomène similaire se produit sur la mousse d’un savon

exposée à la lumière.

▬ Certains parents ou camarades qui ne voient plus nettement retrouvent presque toute

leur faculté visuelle lorsqu’ils portent des lunettes médicales appropriées.

2- Les apprenants ont exprimé leur perception initiale sur les différents faits évoqués dans la

SD.

3- Les apprenants ont discuté entre eux sur ces faits.

4- Les apprenants ont retenu la démarche et les activités à mener pour comprendre les faits.

RésultatsActivité2 : Circonscription de chacun des faits évoqués dans la SD

1032-1- Comme mots-clés et expressions, on a :

Fait1 : lentilles, et décomposition de la lumière

Fait2 : décomposition de la lumière

Fait3 : utilisation des lentilles

2-2- Traduction dans un langage approprié aux SPCT chacun des faits

les lentilles permettent de grossir ou de réduire la taille des objets ou des écritures

L’arc-en-ciel est un phénomène physique

Les lentilles sont utilisées dans la fabrication des lunettes médicales.

Résultats Activité3 : Proposition d’explication des faits

3-1- Informations collectées

Les lentilles sont des objets transparents en verre ou en plastique. Il existe deux types

de lentilles à savoir : les lentilles convergentes et les lentilles divergentes.

Une lentille permet d’obtenir d’un objet une image dont la taille et la position varient.

La lumière blanche est décomposée par un prisme et un réseau. La synthèse de la

lumière blanche est la reconstitution de cette lumière blanche.

Les appareils photographiques fonctionnent comme des lentilles et on les utilise pour

la prise des images des objets.

3-2- Formulez vous-mêmes les questions pour exprimer vos besoins sur les faits évoqués

3-3- Proposez des explications provisoires aux questions formulées.

Activité 4 : Mise en œuvre de la proposition d’explication

Résultats Sous-activité 4.1 : Généralités sur les lentilles

4-1-1Définition d’une lentille : Une lentille est un milieu transparent homogène généralement

en verre ou en matière plastique limité par deux faces sphériques ou une face sphérique et une

face plane.

Exemple d’objets comportant la lentille : verres médicaux, appareils photo, jumelles,

microscopes.

4-1-2 Les types de lentilles 

On distingue le plus souvent deux types de lentilles à savoir :

Les lentilles convergentes et les lentilles divergentes

104Schéma de la coupe, symbole et nom de chaque type de lentille

Les lentilles à bords minces ou lentilles convergentes

Plan converse Ménisque convergent Biconvexe Symbole

Les lentilles à bords épais ou lentilles divergentes

Plan concave Ménisque divergent BiconcaveSymbole

Distinction des deux types de lentilles :

Au toucher

Les lentilles convergentes ont des bords minces alors que les lentilles divergentes ont des

bords épais

Méthode de l’opticien

▬ On déplace une lentille parallèlement à un texte. Si les écritures du texte se déplacent

dans le sens contraire que celui de la lentille, alors la lentille est dite convergente. Dans le cas

contraire, elle est dite divergente.

▬ On approche une lentille d’un texte puis on l’éloigne progressivement du texte. Si les

écritures deviennent de plus en plus grosses la lentille est dite convergente. Si les écritures

deviennent de plus en plus petites, la lentille est dite divergente.

Résultats Sous-activité 4.2 : Caractéristiques d’une lentille convergente

1 /a- Ce point est le foyer image de la lentille. On le note F’.

b- C’est la distance focale de la lentille, elle est notée ƒ

2- Définition des termes :

105

F F’O

f’ = OF’ OF

Axe optique  : C’est la droite qui passe par les centres de courbures des deux faces de

la lentille.

Centre optique  : C’est le point de la lentille par lequel tout rayon lumineux passe

sans être dévié.

Foyer image  : C’est le point de l’axe optique d’une Lentille Convergente(LC) où se

forme l’image d’un objet lointain. Il est noté F’.

Foyer objet  : c’est le symétrique du foyer image F’ par rapport au centre optique O de

la lentille. Il est noté F.

Loupe  : c’est une lentille convergente de faible distance focale qui donne d’un objet

une image plus grande située du même coté que l’objet.

3- Lorsque la distance focale est exprimée en mètre, son inverse est appelé vergence. On

la note C avec C=1f La vergence est exprimée en dioptries.

Schéma conventionnel d’une lentille convergente avec ses caractéristiques

Résultats Sous-activité 4.3 : Formation et caractéristiques de l’image obtenue d’un objet à

travers une Lentille Convergente(LC).

1-

a- Tout rayon lumineux passant par le centre optique O d’une lentille mince convergente

ne subit aucune déviation.

O

b- Tout rayon lumineux parallèle à l’axe optique d’une lentille convergente émerge de la

lentille en passant par le foyer image F’

F F’

106

F

F’

c- Tout rayon lumineux incident passant par le foyer objet émerge de la lentille

parallèlement à l’axe optique.

F F’

2- Construction de l’image A’B’ d’un objet AB obtenu d’une lentille convergente dans

chacun des cas du document 1 avec leurs caractéristiques

1 er cas   : P 0F(L)

B

A . O A’

B’

Caractéristiques de l’image A’B’

Nature   : A’B’ est une image réelle , observable sur un écran parce qu’elle est située après la

lentille

Taille   : Graphiquement A’B’= 0,6 cm

Sens   : A’B’ est renversée par rapport à l’objet AB

Position   : A’B’ est située à 3,6 cm après la lentille

NB : La taille de A’B’ et la position OA’ de l’image A’B’ sont déterminées par calcule à

partir de la relation de conjugaison ou de celle du grandissement

2 ème cas   : P OF

107

F

F’

B’

B

A’’ A

Caractéristiques de l’image A’B’

Nature   : L’image A’B’ est virtuelle non observable sur un écran

Taille   : Graphiquement A’B’ = 2cm

Sens   : L’mage est orientée dans le même sens que l’objet (droite et plus grande par rapport à

l’objet).

Position   : L’image A’B’ est située à 2,4cm en avant de la lentille.

NB : On rappel que la taille de A’B’ et la position OA’ de l’image A’B’ sont déterminées

par calcule à partir de la relation de conjugaison ou de celle du grandissement.

Résultats Sous-activité 4.4 : Relation de conjugaison et de grandissement.

1- Reproduisons puis complétons le tableau

1er essai 2ème essai 3ème essai 4ème essai

OA=P (cm) 100 16 12 10

OA’=P’(cm) 8,7 16 24 40

1/P 1 6,25 8,33 10

1/P’ 11,5 6,25 4,17 2,5

1/P +1/P’ 12,5 12,5 12,5 12,5

1/f 12,5 12,5 12,5 12,5

2-

108 Par comparaison des résultats obtenus par calcul on constate que :

1f= 1

P+ 1

P ' C’est la relation de conjugaison

Relation entre 1/P + 1/P’ et la vergence C

On sait que 1f= 1

P+ 1

P ' or C=1f alors C= 1

P+ 1

P'

3- Après construction de l’image A’B’ de la question 2 (1er cas) de la sous activité 4.3,

reprenons par calcul la position OA’ et la taille de l’image A’B’ de l’objet AB. On

obtient les résultats suivants : OA= 6 cm OA’= 3,5 cm AB= 1 cm

A’B’= 0,6 cm

De ces résultats on obtient la relation suivante : A ' B 'AB

= P 'P

On note : ¿A ' B '

AB , c’est le grandissement de la lentille convergente

¿ A ' B 'AB

= P 'P .

Résultats Sous-activité 4.5 : Les défauts de l’œil et comment les corriger

1- Exploitons le document 2, pour :

Identifier les parties de l’œil qui jouent le rôle de la LC et de l’écran

Le cristallin joue le rôle de la lentille convergente

La rétine joue le rôle de l’écran

Expliquons les défauts de l’œil

La myopie

Caractéristique Œil qui, au repos a son foyer principal image en avant de la rétine : C’est un

œil trop convergent (Voir figure…)

Vision de l’œil myope Un œil myope voit flou les objets éloignés. Par contre, il a une bonne vision

des objets à petite distance.

Causes possibles - Un cristallin trop convergent, c'est-à-dire trop bombé pour un globe oculaire

normal,

- Un cristallin normal mais un globe oculaire trop allongé.

Conséquences Le domaine de vision distincte est réduit. La distance minimale de vision

distincte dm peut être de 2 à 3 cm, et la distance maximale de vision distincte

109peut être inférieure à 1m

L’hypermétropie

Caractéristique Œil qui, au repos a son foyer principal image en arrière de la rétine : c’est un

œil moins convergent qu’un œil normal (Voir figure…)

Vision de l’œil

hypermétrope

Un œil hypermétrope doit toujours accommoder pour voir nettement. Il a une

vision floue des objets à petite distance.

Causes possibles - Un cristallin peu convergent, c'est-à-dire trop plat pour un globe oculaire

normal,

- Un cristallin normal mais un globe oculaire trop peu profond.

Conséquences Le domaine de vision distincte est réduit. La distance minimale de vision

distincte dm est au moins de 50 cm

2- Autre défaut de l’œil et sa correction

La presbytie : La presbytie atteint toutes les vues. Ses caractéristiques sont :

Vision de l’œil

presbyte

Un œil presbyte voit difficilement de près : lecture ou écriture deviennent difficiles.

Causes

possibles

Une perte d’élasticité du cristallin et une fatigue des muscles ciliaires venant avec

l’âge, ce qui diminue la faculté d’accommodation jusqu’à la rendre quasi-nulle.

Augmentation de la distance minimale de vision distincte.

Pour corriger la presbytie on utilise les lunettes médicales dont les verres sont des lentilles divergentes.

Résultats Sous activité 4-6 : décomposition et synthèse de la lumière blanche.

1- Les objets utilisés dans la décomposition de la lumière blanche sont : le prisme, le

réseau et la plume blanche d’oiseau

110 Les principales couleurs de la lumière blanche sont : le rouge, l’orange, le jaune, le

vert, le bleu, l’indigo et le violet.

2-

Décomposer la lumière blanche c’est séparer ses différentes couleurs constitutives.

Pour décomposer la lumière blanche on envoie un faisceau lumineux sur un prisme,

un réseau ou une plume blanche d’oiseau.

L’arc-en-ciel est la décomposition de la lumière blanche du soleil par les fines

gouttelettes d’eau.

3- Pour synthétiser la lumière blanche on utilise le disque de Newton

4- Pour synthétiser la lumière blanche, il suffit de superposer les sept (7) couleurs

obtenues lors de la décomposition de la lumière blanche.

Réinvestissement :

Résultats Production1:SA6

1- Nom des différentes parties de l’appareil photographique et leur rôle.

Le boîtier : boîte étanche à la lumière

La chambre noire : elle contient la pellicule

donne d’un objet une image située sur le film.

La bague de distance : elle permet de régler la distance objectif-pellicule

La bague de réglage du diaphragme : elle modifie l’ouverture en diminuant ou en

augmentant la quantité de lumière qui parvient sur la pellicule

Le déclencheur : sorte de rideau qui ferme le diaphragme

La pellicule : film en matière plastique sensible à la lumière et qui joue le rôle de l’écran

La bague des vitesses d’obturation : elle porte des nombres et permet d’obtenir la durée

d’exposition

2- Principe de fonctionnement d’un appareil photographique.

L’objectif de l’appareil photographique est équivalent à une lentille convergente. Il donne

d’un objet éclairé une image renversée située sur la pellicule. Pour faire paraître l’image la pellicule

doit subir un traitement appelé développement. Pour que l’image du sujet formée sur la pellicule soit

nette et que la lumière reçue par celle-ci soit correctement dosée, il faut afficher la sensibilité du film,

régler la distance objectif-pellicule avec la bague des distance ou de mise au point et choisir le

diamètre d’ouverture du diaphragme et le temps de pause par la bague des vitesses.

111

PARTIEIII   : PRODUCTIONS SCOLAIRES

Production Scolaire1   :

Durée   : 2h

Compétence disciplinaire N°1 : Elabore une explication d’un fait ou d’un phénomène de son environnement naturel ou construit en mettant en œuvre les modes de raisonnement propres aux Sciences Physiques, Chimique et technologiques (SPCT)

Critères de perfectionnement : Raisonnement cohérent, copie propre sans rature et sans fautes.

Situation d’évaluation

Contexte

Paul, élève en classe de 4ème et son frère Jean en classe de 3ème ont rendu visite à leur oncle pendant le week-end dernier dans son chantier de construction d’un nouveau bâtiment pour la mairie de sa commune. Voici décrit le spectacle dont ils sont témoin.Partout des ouvriers travaillent. Ici deux d’entre eux transportent des sacs de ciment dans une brouette. Là, c’est une demi-douzaine de jeunes apprentis qui déplacent du sol au toit sur une planche inclinée une caisse de béton en se

112servant d’un treuil fixé au dessus de la planche inclinée. Un peu plus loin, c’est un autre ouvrier qui cherche à maintenir en équilibre horizontal une barre de fer par deux solides S1 et S2 en utilisant un tronc d’arbre comme point d’appui. Paul, émerveillé, demande à quoi servent toutes ces machines ; cela rend paresseux ; il pouvait tout faire à la main. A Jean de répondre : nous avions vu tout cela en classe et c’est facile à comprendre. Allons chercher du papier. Quelques instants après il représente quelques schémas et entreprit de donner des explications à Paul.

Données et informations   : - Intensité de la pesanteur : g= 10/Kg

Schéma N°1- masse de la caisse du béton : Mc = 60Kg-Caractéristiques du treuil : rayon du tambour r = 15cm ; longueur de la manivelle L= OA= 40cm α = 30° Echelle : 1cm pour 400N

Schéma N°2

- Masse de la brouette chargée : mb= 80Kg- Caractéristiques de la brouette : d=OB=80cm ; D= OA= 1,6m

Schéma N°3

- masse de la barre de fer : mf= 500g- masse du solide S1 : m1= 2,5Kg- longueur de la barre AB= 2,5m ; - distance OA= 60cm

Tâche : Pour ton évaluation, tu es invité(e) à jouer le rôle de Jean en élaborant des explications à travers les consignes.

Consignes

1-1Cite les forces qui s’exercent sur :a- La brouette chargée et tenue en A par un ouvrierb- La barre ABc- La caisse de béton et le treuil

1-2Propose une explication qui justifie l’intérêt de l’utilisation du treuil et de la brouette sur le chantier.

1-3Représente les forces qui s’appliquent aux schémas N°1 et N°3.

2-1 Ecris la relation qui traduit l’équilibre dans chaque cas de schéma.

2-2 Justifie, schéma à l’appui, le genre de levier qui représente la brouette et énonce le théorème des moments.

2-3 Détermine graphiquement les intensités des autres forces qui agissent sur la caisse de béton posé sur la planche inclinée.

3-1 Etablis à l’équilibre l’expression de l’intensité de la force.

113a- Exercée par un ouvrier perpendiculairement à la manche de la brouette b- Exercée par un ouvrier perpendiculairement à la manivelle du treuil

3-2 Calcule l’intensité de chacune de ces forces

3-3 Calcule :

a- Le moment du poids P de la barre de ferb- Le poids P2 du solide S2 et déduis-en sa masse.

FIN

Production Scolaire2 Durée : 2h

Compétence disciplinaire N°1 : Elabore une explication d’un fait ou d’un phénomène de son environnement naturel ou construit en mettant en œuvre les modes de raisonnement propres aux Sciences Physiques, Chimique et technologiques (SPCT)

Critères de perfectionnement : Raisonnement cohérent, copie propre sans rature et sans fautes.

Situation d’évaluation

Contexte

Les schémas suivants sont ceux découverts par Bachelle dans un document de SPCT lors de ses recherches documentaires à la bibliothèque du collège.

Schéma1

Schéma2

Données et informations

ms= 3Kg ; ᾳ=30° ; FA= 20N ; FC =25N ; FB = 31,25N ; AB= 2m ; BC= 0.80m ; mb = 4.5 Kg ; OA= 1m ; g=10N/Kg

TACHE : Pour ton évaluation, tu es invité(e) à répondre aux consignes suivantes.

Consignes

1/

1141-1Donne un nom à chaque schéma1-2Cite les forces appliquées à chaque schéma1-3Enonce le théorème des moments

2/2-1 Reproduis chaque schéma clairement avec toutes les forces qui lui sont appliquées2-2 Etablis la condition d’équilibre de chacun des schémas2-3 Calcule le poids P1 de la barre et le poids P2 du solide de masse ms

3/

3-1 Calcule le moment de chaque force du schéma23-2 Détermine la réaction R de l’axe de rotation de la barre3-3 Justifie que MFA /O + MFC /O = MFB /O

FIN.

Production scolaire 3Durée 2h

Compétence disciplinaire N°1 : Elabore une explication d’un fait ou d’un phénomène de son environnement naturel ou construit en mettant en œuvre les modes de raisonnement propres aux Sciences Physiques, Chimique et technologiques (SPCT)

Compétence disciplinaire N°3   : Apprécier l’apport des SPCT par rapport à la vie humaine

Critères de perfectionnement : Raisonnement cohérent, copie propre sans rature et sans fautes.

Situation d’évaluation

Contexte

Dans la maison de Koliga, sa grand -maman utilise le charbon de bois pour préparer le repas du soir. En absence de tourteau de palmier à huile, elle se sert des sachets plastiques qu’elle brûle pour commencer la combustion. Sa maman elle autre utilise la cuisinière à gaz pour porter à ébullition de l’eau chaque matin pour le petit déjeuner. Son papa est un technicien de la soudure autogène. Il allume le chalumeau chaque fois qu’il veut souder les pièces métalliques.

Informations :

La bouteille de la cuisinière à gaz contient du butane. Le volume d’eau chauffée chaque matin : V = 1,5L La température initiale t1=27°C, Chaleur massique de l’eau C=

4200KJ/Kg Pouvoir calorifique du butane 45600KJ/ kg Le gaz contenu dans l’une des bouteilles en acier raccordées au

chalumeau est l’acétylène

115 Pouvoir calorifique de l’acétylène : 1300kJ/kg, Pouvoir calorifique du charbon : 30000kJ/kg, Volume molaire V0 = 22,4L/ mol

Masse molaire atomique en g/mol : M(H) = 1 ; M(C) = 12 ; M(O) = 16

Tâche : Pour ton évaluation, tu invité(e) à :

- Elaborer une explication sur la chaleur produite par la combustion des différents combustibles.

- Apprécier l’apport des SPCT à la vie de l’homme à travers l’utilisation des sachets plastiques comme combustible.

1/

1-1Donne la formule brute, semi développée et la formule développée du butane et de l’acétylène.

1-2Cite les polymères que tu connais et qui sont utilisés dans la fabrication des sachets plastiques.

1-3Dis le type de pollution occasionnée par la grand-mère de Koliga en brûlant les sachets plastiques.

2/

2-1 Ecris l’équation de la réaction de combustion complète des deux hydrocarbures (butane et acétylène)

2-2 Propose avec justification à l’appui, un mode de calcul de l’énergie thermique utilisée pour porter à ébullition le volume V d’eau.

2-3 Propose avec justification à l’appui, un mode de calcul de la masse du butane nécessaire pour produire l’énergie thermique utilisée.

3/

3-1 Applique la proposition2.2 au calcul de l’énergie thermique utilisée.

3-2 Applique la proposition2.2 au calcul de la masse de butane, de l’acétylène et du charbon sachant que l’énergie thermique produite est la même dans chaque cas puis prononce- toi sur l’affirmation «  les hydrocarbures saturés sont d’excellents combustibles ».

3-3 Prononce –toi sur le comportement de la de la grand-maman de Koliga puis donne les types d’action à mener pour luter contre la pollution de l’environnement.

Fin

Production scolaire 4Durée 2h

Compétence disciplinaire N°1 : Elabore une explication d’un fait ou d’un phénomène de son environnement naturel ou construit en mettant en œuvre les

116modes de raisonnement propres aux Sciences Physiques, Chimique et technologiques (SPCT)

Compétence disciplinaire N°3   : Apprécier l’apport des SPCT par rapport à la vie humaine

Critères de perfectionnement : Raisonnement cohérent, copie propre sans rature et sans fautes.

CONTEXTE   :

Dans son contrôle périodique des produits de consommation, l’ADDCB (Association de Défense des Droits des Consommateurs du Bénin) sollicite la structure R-SUD spécialisée dans le contrôle de qualité des produits mis en consommation pour vérifier la conformité de :

L’étiquette d’un flacon d’acide chlorhydrique destiné à l’entretien des surfaces carrelées dans les ministères,

L’étalonnage d’une bascule à ressort utilisée dans les groupements des producteurs de coton pour peser le poids de coton graine sur les marchés de vente,

L’inscription sur certaines lunettes proposées par l’ONG Kpandarima à la population béninoise

Informations à exploiter

Données et tests sur le contenu du flacon - Le pourcentage en masse d’acide sur l’étiquette correspond à une

concentration molaire volumique C0 = 12 mol/ L- Le service chargé du contrôle de qualité de R-SUD prépare, à partir du

contenu de ce flacon, une solution diluée S dont la concentration aurait pour valeur Ca = 0, 5 mol/ L si l’inscription sur le flacon était juste.

- Test1 : quelques gouttes de solution de nitrate d’argent ajoutées à un prélèvement de la solution S donne un précipité blanc qui noirci à la lumière.

- Test2 : l’ajout de la solution diluée S à une solution de carbonate de sodium (2Na+ + CO3

2-) produit un dégagement gazeux qui trouble l’eau de chaux.

- Test 3 : un volume Va = 20 ml de la solutiondiluée S, dosé par une solution d’hydroxyde de sodium de molarité Cb = 0,2 mol/L nécessite un volume Vb= 40ml de cette dernière à l’équivalence acido- basique. Données et test sur le ressort  :

- L’étalonnage de la bascule repose sur la valeur de la constante de raideur du ressort.

- Le ressort de la bascule neuve testé à l’achat dans l’usine a une constante de raideur Ku = 500N/m.

117- Un agent du service de contrôle de R-SUD, pour vérifier l’élasticité de ce ressort, le dispose sur un plan incliné de 30° sur l’horizontale. Il accroche à son extrémité libre, une masse m= 2Kg, comme l’indique la figure.

M

Données et test lunettes   : - A l’achat, les lunettes portent cette inscription : + 7 dioptries- L’agent de service de contrôle de qualité de R-SUD obtient, à partir de

chacune de ces lunettes, une image nette d’une flèche lumineuse de hauteur AB = 4cm disposée perpendiculairement à l’axe, à 50 cm de l’écran, le pied A de la flèche sur l’axe. La taille de l’image obtenue sur l’écran est A’B’ = 6cm Echelle : 1cm pour 4cm réels.

Tâche   : Tu es invité(e) à jouer le rôle de l’agent de service de contrôle de R-SUD en résolvant les consignes ci- dessous.

1/

1-1Dis les ions mis en évidence par les deux premiers tests réalisés sur le contenu du flacon puis justifie que la solution du flacon est une solution d’acide chlorhydrique.

1-2Fais un schéma clair et annoté du dispositif du dosage1-3Vérifie par calcule la valeur Cainscrite sur le flacon et donne ton appréciation

2/

2-1 Détermine graphiquement l’intensité de la tension T du ressort

2-2 Calcul la valeur de la constante de raideur K du ressort et compare cette valeur à la valeur expérimentale Ku donnée.

2-3 Détermine l’intensité de la réaction R du plan incliné.

3/

3-1 Détermine sans calcul la distance focale f de la lentille des lunettes.

3-2 Vérifie maintenant la valeur trouvée par calcul en te servant des relations de conjugaison et de grandissement.

3-3 Apprécie l’inscription + 7 portée sur les lunettes proposées par l’ONG Kpandarima.

118 FIN

Production scolaire 5Durée 2h

Compétence disciplinaire N°1 : Elabore une explication d’un fait ou d’un phénomène de son environnement naturel ou construit en mettant en œuvre les modes de raisonnement propres aux Sciences Physiques, Chimique et technologiques (SPCT)

Compétence disciplinaire N°3   : Apprécier l’apport des SPCT par rapport à la vie humaine

Critères de perfectionnement : Raisonnement cohérent, copie propre sans rature et sans fautes.

Situation d’évaluation

Contexte

Jean –Claude, élève en classe de 6è au CEG Hilla-Condji a ramassé une planche d’un élève de la classe de 3è du CEG agoué sur laquelle figurent plusieurs documents au programme. De retour à la maison, il présente la planche à son grand frère Hilla en classe de 3è qui se propose de l’étudier minutieusement afin de mieux maitriser les notions des SPCT qu’elle contient avant de se présenter à l’examen du BEPC session de juin 2015.

Données et informations à exploiter :

Document3-3a : U = 220V ; I = 2A ; 96500C déposent 28g de fer à la cathode . C = 4800J/ Kg C° ;

t = 25min durée de chauffage ; masse de l’eau 2kg ; Variation de température 20°C

Document 3-3b : Au primaire : nombre de spires 5500 ; Au secondaire : nombre de spires 300

Document 3-3c : sensibilité verticale 5V/ division ; balayage 5ms/ division

Tâche : Pour ton évaluation, tu es invité à aider hilla dans la recherche des notions afin de répondre aux consignes ci-dessous.

1 /

1-1Donne le rôle de chaque élément du document 3-3a.1-2Donne le nom du phénomène qui se produit à l’intérieur du calorimètre.1-3 Donne la nature du courant électrique fourni au calorimètre.

2/

119

Doc. 3. 3a Transformation d’énergie électrique en chaleur

2-1 Donne le nom de l’élément du thermoplongeur responsable du chauffage puis réalise son symbole.

2-2 a/ Calcule la valeur de cet élément.

b/ Calcule l’énergie électrique E reçue par l’eau pour se chauffer puis déduis-en la quantité de chaleur Q dégagée par cette eau.

2-3 On insère dans le circuit à côté du calorimètre un électrolyseur contenant une solution de chlorure de fer II.

a/ Cites les différentes formes d’énergies intervenant dans le calorimètre.

b/ Donne la couleur de la solution contenue dans l’électrolyseur et dis le nom du phénomène chimique qui se produit à son niveau lorsqu’on ferme l’interrupteur.

c/ Ecris les équations aux électrodes, dis comment identifier les ions présents dans l’électrolyseur puis calcule la masse du métal fer déposée.

3/

3-1 Donne un nom à la figure du document 3-3c.

3-2 Détermine les caractéristiques de cette figure visualisée à l’oscilloscope.

3-3 Donne le nom, le rôle des éléments X, Y, K et Z du document 3-3b. Calcule le rapport de transformation de son élément X puis déduis – en la nature du transformateur.

Doc   . 3-3 c  : Oscillogramme

A

120 Y Z

X

Doc   . 3-3 b

FIN

PRODUCTION SCOLAIRE 6:Durée : 2hCDN°1 : Elaborer une explication d’un fait ou d’un phénomène de son environnement naturel ou construit en se basant sur les modes de raisonnement propres aux SPCT.Critères de perfectionnement : Lisibilité et pertinence de la production.Contexte   : Au cours de ses travaux d’entretien sur le 3ème étage de son immeuble ; Koffi utilise un ascenseur pour transporter des personnes du sol jusqu’au lieu du travail. Cet ascenseur peut prendre 10 personnes au maximum. Le moteur d’entrainement de la cabine de l’ascenseur fournit une puissance P et quelque soit le nombre de passagers, la vitesse moyenne est maintenue automatiquement à une valeur constante.Koffi, propriétaire de l’immeuble, voulant accélérer les travaux décide un matin de chauffer de l’eau pour la prise de café.

Informations et données   : - La masse de l’ascenseur à vide est M =400Kg - La masse d’une personne est

m =70Kg- Hauteur de l’ascenseur (du sol jusqu’au 3ème étage) h =30m

- Puissance du moteur de l’ascenseur P = 10Kw -Vitesse moyenne V= 1.5 m/s Prendre g=10N/kg

- Quantité d’eau chauffée 12L - Durée du chauffage de l’eau 20s

- Chaleur massique de l’eau C =4200J/Kg/°C - Température initiale de l’eau 20°C Température finale de l’eau 32°C

Tâche   : Pour ton évaluation, tu invité(e) à appliquer tes acquis de la SA1 pour répondre aux cosignes

1/

1-1 Détermine le poids de l’ascenseur :a- A vide ;b- Au maximum de charge de personnes.

1-2 Détermine dans chaque cas (à vide et chargé) le travail de ce poids lorsque l’ascenseur s’élève jusqu’au 3ème étage.

1-3 Dis si ce travail est moteur ou résistant et justifie ta réponse.

2/

2-1- Calcule dans chaque cas la durée de la montée en supposant la vitesse constante.2-2- Calcule la puissance fournie par ce même moteur lorsque l’ascenseur est vide.

1212-3- Calcule la puissance fournie par ce même moteur lorsqu’il est chargé au maximum. 3/

3-1- Détermine la quantité de chaleur réellement absorbée par l’eau au cours de ce chauffage.3-2- Quel temps mettrait Koffi pour obtenir une température finale de l’eau à38°C.3-3- Détermine l’énergie cinétique et l’énergie potentielle de cet ascenseur lorsqu’il est chargé au maximum et déduis-en l’énergie mécanique.

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PRODUCTION SCOLAIRE 7:Durée : 2hCD   1  : Elaborer une explication d’un fait ou d’un phénomène de son environnement naturel ou construit en mettant en œuvre les modes de raisonnement propres aux SPCT

Contexte

Lors des vacances en 2011 à Dassari, l’élève Moré qui passe en 3ème rend visite à son ami Pierre, ancien élève de la classe de 3ème sur le chantier de construction du bureau d’arrondissement où il découvre les faits suivants: « Des ouvriers utilisent des brouettes pour transporter des briques et d’autres, pour puiser de l’eau, choisissent aller vers le puits fonctionnel à base du treuil (voir fig). Dans le même temps pour avoir de l’eau chaude servant du thé, Etienne, chef du chantier se sert d’une casserole pour chauffer de l’eau

Moré qui suivait bout en bout ces faits se demande pourquoi l’utilisation de ces machines sur ce chantier et se rapproche de Pierre qui lui promet des explications sur toutes différentes découvertes.

Informations et données *sur de l’eau chauffée : *Sur la brouette- masse de l’eau utilisée : m = 1,5kg - masse d’une brique m1 = 2kg-Capacité thermique de l’eau : C = 4200J/kg/°C - masse de la brouette vide m’ = 4kg -Température initiale de l’eau t1 = 20°C-Température finale de l’eau : t2 = 80°C-Quantité de chaleur réellement fournie par les braises Du charbon : Q = 425000J. O A B

Schéma de la brouette

OA =20Cm AB =1m

122*Sur le treuil

l = 60cm ; r = 15cm

- masse du seau plein d’eau m = 50kg - g = 10N/Kg

- le nombre de tours effectué par la manivelle pour la sortie d’un seau n= 20 - Temps mis pour remonter un seau d’eau : t = 5mn35S

Tâche   : Tu es invité(e) à jouer le rôle de Pierre en vue de donner à Moré des explications sur le fonctionnement de chaque machine et le renouvellement d’une chaîne énergétique.Consignes 1-1 Reproduis le treuil puis représente toutes les forces qui lui sont

appliquées.1-2 Dis le type de levier que représente la brouette en justifiant ta

réponse.1-3 Dis dans quelle condition une force travaille puis justifie si le poids

de la brouette a travaillé lorsque son déplacement s’effectue sur un terrain horizontal.

2/2-1 Calcule l’intensité de :La force F1 exercée sur les manches de la brouette pour le transport de 10 briques La force F déployée par l’utilisateur du treuil lors du puisage de l’eau 2-2 Donne l’intérêt de l’utilisation du treuil et de la brouette sur le chantier.2-3 Détermine la profondeur h du puits.3/3-1 Calcule :Le travail effectué par le poids du seau d’eau au cours de sa sortie dans le puits puis précise sa nature.La puissance développée par l’utilisateur au cours de cette sortie dans le puits à vitesse constante. 3-2 Détermine la quantité de chaleur reçue par l’eau lors du chauffage. 3-3 Explique la différence de cette quantité de chaleur par rapport à celle réellement fournie par les braises du charbon puis évalue le rendement de cette opération.

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Production scolaire 8Durée 2h

Compétence disciplinaire N°1 : Elabore une explication d’un fait ou d’un phénomène de son environnement naturel ou construit en mettant en œuvre les modes de raisonnement propres aux Sciences Physiques, Chimique et technologiques (SPCT)

Compétence disciplinaire N°3 : Apprécier l’apport des SPCT par rapport à la vie humaine

Critères de perfectionnement : Raisonnement cohérent, copie propre sans rature et sans fautes.

Situation d’évaluation

Contexte

Benfa et Konté deux élèves en classe de 4è au CEG de Tapogaont rendu visite à leur oncle Moussa dans son atelier de bijouterie à Kouandé . Par mégarde Benfa laisse tomber sa bague en aluminium dans la solution d’acide chlorhydrique destinée à nettoyer les carreaux de la douche. Elle constate un dégagement gazeux suivi de la disparition totale de la bague. Déboussolée, elle recherche son frère qu’elle retrouve zélé à aider son oncle à recouvrir une médaille à partir du dispositif du document1 dans une pièce de l’atelier. Benfa s’étonne de l’odeur de l’eau de javel qui se répand dans l’atelier de son oncle. Dans l’atelier de l’oncle, il existe plusieurs appareils électroménagers avec des lampes de différentes sortes etc. mais les apprentis de leur oncle se plaignent de la facture très élevée de la SBEE. Le patron dit que son compteur électrique enregistre même une énergie électrique largement supérieure à sa consommation. Pour ne pas rester ennuyée et découragée par la disparition de sa bague, l’oncle Moussa demande à Benfad’utiliser le dispositif du document 2 pour identifier parmi les objets de l’atelier, ceux qui conduisent le courant électrique.

Données et informations à exploiter

Document1 :

- Volume de l’acide Va = 2L, masse de la bague détruite m = 5,4 g ;- Volume molaire gazeux Vo = 22, 4 L / mol ; masse molaire atomique M( AL) = 27g/ mol- 96500C déposent 32g de cuivre à la cathode ; la masse du produit déposé à la cathode

pendant la durée t = 1h 20min25s vaut 3,2g

Dans l’atelier :

- 4 lampes de 45W chacune qui fonctionnent de 8h à 20h du Lundi au vendredi et les samedis de 8h à 13h.

- 2 lampes de 60W chacune qui fonctionnent tous les jours de 19h à 7h.- 5adaptateurs de 50W chacun qui fonctionnent en moyenne 5h par jour du Lundi au Samedi.- 1 fer à souder de 800W qui fonctionne en moyenne 3h par jour du Lundi au Samedi.- 1 réfrigérateur de 800W qui fonctionne en moyenne 8h par jour du Lundi au Samedi.

NB : On considèrera un mois de quatre semaines pleinesLe tableau suivant présente la grille tarifaire de la SBBE

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Prix en KWH TVA : Taxe sur la valeurAjoutée

Location et entretien du compteur assujetti à la TVATranche unique pour

entreprises et ateliers 11OF 18% du montant de la

consommation1500F par mois pour un abonné de la catégorie de Moussa

Indication du compteur électrique de la SBEEAncien numéro index = 08823 KWh Nouveau numéro index = 09166 KWh

Tâche : Pour ton évaluation, tu es invité à apporter les explications sur la disparition de la bague et la consommation de l’énergie électrique dans cet atelier à Benfa et son oncle Moussa afin que Moussa ait une idée claire de sa consommation électrique en répondant aux consignes ci- dessous.

6 Document 1 : schéma d’une partie du dispositif

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1 2 4 7 3

Document 3

1/

1-1 a- Ecris l’équation de la réaction entre cet acide et la bague en aluminium

b-Annote le document1 en utilisant uniquement les lettres qui y figurent

1-2 Propose une expérience pour identifier le gaz dégagé et donne une explication sur l’odeur de l’eau de javel dans l’atelier de l’oncle.

1-3 Ecris les équations aux électrodes du dispositif du document 1 puis calcule l’intensité I du courant qui traverse ce dispositif.

2/

1252-1 Evalue la durée mensuelle d’utilisation de chaque appareil puis calcule l’énergie électrique totale consommée par les appareils dans l’atelier de leur oncle.

2-2 Par des arguments scientifiques, prends position par rapport aux plaintes de leur oncle.

2-3 Calcule le montant à facturer par la SBEE pour la consommation mensuelle d’électricité dans cet atelier.

3/

3-1 Donne le nom et le rôle du dispositif de la figure du document3 puis nomme chacun de ces éléments.

3-2 Fais le schéma normalisé de ce dispositif et précise le rôle de l’élément 1 et de l’élément 2.

3-3 Tout en décrivant le mode d’utilisation de dispositif, reproduis puis complète le tableau suivant :

Objet testé Etat de fonctionnement de l’élément 2Règle en plastiqueEau de robinetBoisson de coca colaEau salée

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