Livret des connaissances à acquérir de la 5 ème à la 3 ème (cycle 4)

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1 Nom: Prénom: Livret des connaissances à acquérir de la à la 3 ème (cycle 4) «La connaissance s'acquiert par l'expérience, tout le reste n'est que de l'information.» Albert Einstein Les illustrations sont issues des manuels: Nathan, Hachette, Bordas, Belin, Magnard, Hatier Collège André Malraux, Fos-sur-Mer

2 Les connaissances à acquérir A = Très Bonne maitrise B = maitrise satisfaisante C = maitrise fragile D = maitrise insuffisante (niveau 4) (niveau 3) (niveau 2) (niveau 1 ) I Organisation et transformations de la matière. I-A Décrire la constitution et les états de la matière. p 1 - Les changements d état - Différence entre corps pur et mélange - Reconnaitre un matériau par ses propriétés physiques - La composition de l air. - La miscibilité - La solubilité - La masse volumique - Le volume I-B Décrire et expliquer des transformations chimiques. p 6 - Différence entre transformations physiques, chimiques et mélange - Reconnaitre des espèces chimiques - La structure de la matière - Zoom sur un atome Décrire une transformation chimique - Les ions I-C Décrire l organisation de la matière dans l univers. p 10 - La structure de l univers - Le système Terre, Lune, Soleil - La formation des atomes - Le temps - La distance II Mouvement et interactions. II-A Caractériser un mouvement - Les différents types de trajectoire -Les différents types de vitesse. - Le référentiel d étude - Décrire un mouvement. II-B Modéliser une interaction - Les différents types d interactions - Les effets des interactions - La gravitation universelle - différence entre poids et masse - La vitesse - La force p 13 p 14 III L énergie et ses conversions. III-A Identifier les sources, les conversions et les formes d énergie p 17 - Les différentes formes d énergie. - La puissance - L énergie. III-B Utiliser la conservation de l énergie p 17 - Etablir un bilan énergétique. III-C Réaliser des circuits électriques simples et exploiter les p 19 lois de l électricité. - Deux types de circuit - La résistance - L intensité - La tension - Les lois de l électricité. - Les dangers de l électricité IV Des signaux pour communiquer et observer. IV-A Les différents types de signaux. p 23 - Différence entre source primaire et objet diffusant - La lumière - Le son IV-B Propriétés des signaux. p 24 - Utilisations du son et de la lumière

3 I Organisation de la matière I-A- Décrire la constitution des états de la matière. Les changements d état (exemple de transformation physique) La matière n existe que sous 3 états: état Solide: - Il a une forme propre - on peut le saisir État Liquide: - n a pas de forme - Se met à l horizontal État Gazeux: - souvent invisible - Occupe tout l espace un glaçon un verre d eau La vapeur d eau Fusion: Les molécules se décrochent. vaporisation: Les molécules se séparent: 4 ème Interprétation Microscopique Les molécules sont au contact mais restent à leur place et vibrent. solidification: Les molécules se figent. Observations: Lors d un changement d état d un corps pur Les molécules sont au contact mais glissent les unes sur les autres. Liquéfaction: Les molécules se rapprochent. Les molécules sont dispersées et se percutent très vite. la température reste constante. la masse ne change pas car le nombre de molécules ne change pas le volume peut changer car les distance entre les molécules changent. 1

4 Différence entre corps pur et mélange Mélange: Corps pur: C est un objet qui n est composé que d une seule matière, autrement dit d un seul type de particule. Il est composé de plusieurs matières, autrement dit de plusieurs types de molécules. Exemples: L eau pure L or pur des lingots Mélange Homogène: A l œil nu, on ne voit qu un seul constituant la menthe à l eau Mélange Hétérogène: A l œil nu, on voit plusieurs constituants. le champagne (liquide + bulles) La composition de l air La miscibilité Lorsque deux liquide se mélangent parfaitement, on dit qu ils sont miscibles. Sinon, on dit qu ils sont non miscibles: Exemple : La solubilité La solubilité est la capacité d un solide à se dissoudre dans un liquide. La solubilité du sel dans l eau est de : 357 g/l ( à 25 c) 4 ème Tous les solides ne peuvent pas être dissous dans l eau. Pour ceux qui peuvent être dissous, au-delà d une certaine quantité, la solution est dite saturée. Si on continue à en ajouter, il ne se dissous plus et reste au fond. 2

5 La masse volumique Pour savoir si un objet flotte ou coule, il faut tenir compte de sa masse mais aussi de son volume. On a donc créer une nouvelle grandeur : «la masse volumique», de symbole «ρ» (rhô) qui s obtient par le calcul: masse de l objet (en g) m Masse volumique ρ = (en g/ml) V Volume de l objet (en ml) Deux cas possibles: si ρ objet est plus grand que ρ si ρ fluide objet est plus petit que ρ fluide autour autour (liquide ou gaz), l objet coule. (liquide ou gaz), l objet flotte. Mer (ρ mer = 1,03 g/ml) Montgolfière (ρ montgolfière = 1,1 g/l) Bateau (ρ bateau = 1,05 g/ml) Air (ρ air = 1,3 g/l) Reconnaitre un matériau par ses propriétés physiques Rappels de 6 ème 3

6 Le volume (carte mentale) Sens physique: Le volume d un objet correspond à l espace qu il occupe, la place qu il prend symbole: V Outils pour mesurer: Un récipient gradué (éprouvette, pipette,..) Les calculs mathématiques - 4 ème - 3 ème Unité officielle: Le Litre Unité usuelles: Le Mètre cube (1m 3 = 1000 L) volume Relations faisant intervenir la masse: Masse volumique: ρ= m / V La masse (carte mentale) - 4 ème - 3 ème Sens physique: Combien pèse l ensemble des atomes ou des molécules présentes dans l objet Unité officielle: Le kilogramme Unité usuelles: symbole: m Masse Outils pour mesurer: Une balance La tonne (1t = 1000 kg) Le quintal (1q = 100 kg) 4

7 La pression (carte mentale) Sens physique: Force qu exercent les chocs des molécules sur une paroi symbole: p Outils pour mesurer: un manomètre - 4 ème - 3 ème Unité officielle: Le Pascal (Pa) Unité usuelles: Le millimètre de Mercure (mm Hg) Le bar L atmosphère Pression Remarque: Pression de l air autour de nous = pression atmosphérique On utilise un baromètre pour la mesurer La température (carte mentale) - 4 ème - 3 ème Sens physique: Degré d agitation des molécules ou des atomes Unité officielle: Le Kelvin (K) Unité usuelles: Europe: Le degré Celsius ( c) Etats Unis: le degré Fahrenheit ( F) symbole: T température Outils pour mesurer: Un thermomètre Valuer particulière : t solidification eau = 0 c = 273,15 K t la plus froide dans l univers = - 273,15 c = 0 K 5

8 I-B- Décrire et expliquer des transformations chimiques Différence entre transformation physique, mélange et transformation chimique Transformation physique: Transformation chimique: Les molécules ne changent pas. Seule la façon dont elles sont liées change. Des molécules vont réagir entre elles pour en former de nouvelles. Reconnaitre des espèces chimiques Test de reconnaissance de l eau Liquide à tester Sulfate de cuivre anhydre Pour détecter la présence d eau on utilise du SULFATE DE CUIVRE ANHYDRE: Cette poudre blanche devient bleue lorsqu elle est en contact avec de l eau. Identification d un gaz Test du dioxyde de carbone Test du dioxygène 4 ème 3 ème On ajoute de l eau de chaux dans le récipient. Eau de chaux On plonge une buchette incandescente dans le gaz à tester. On plonge une buchette incandescente dans le gaz à tester. Si le gaz est présent, l eau de chaux se trouble (blanchit). Identification des ions Si le gaz est présent, la flamme se rallume vivement... 3 ème... 6

9 La structure de la matière (zoom sur l infiniment petit) Tout ce qui existe (objets ou êtres vivants) est fait d atomes. 4 ème Atome: Ce sont 118 éléments de base connus sur Terre et regroupés dans la classification périodique. Nom de l Atome couleur Hydrogène (H) Carbone (C) Oxygène (O) Molécule: Lorsque plusieurs atomes sont accrochés ensemble, on appelle cela une molécule. Zoom sur un atome 3 ème Numéro atomique Z =.. Fiche d identité d un atome Fiche d identité: 3 7 Li lithium Z A= A. Analyse:......:..... Représentation de l atome ( Modèle de Rutherford) Noyau (A= 7) Représentation: 7

10 Décrire une transformation chimique La réaction chimique modélise ce qui se passe au cours de la transformation chimique: La combustion du méthane dans le dioxygène. 4 ème Observations: Lors d une transformation chimique. les atomes se conservent. Ils se réorganisent juste pour former de nouvelles molécules. conséquence la masse ne change pas car le nombre d atomes ne change pas. Les ions 3 ème Définition:.... On distingue deux catégories d ions:...: Be Béryllium F Fluor

11 Différence entre acide et base..:..:. Mesure: Pour mesurer l acidité d une solution, ou 3 ème on utilise:..... Plus on se rapproche de 0, plus il y a de H + et donc plus la solution est acide. Solutions neutres Plus on se rapproche de 14, plus il y a de HO - et donc plus la solution est basique. Effet de la dilution:.. Réaction avec les acides 3 ème

12 I-C- Décrire l organisation de la matière dans l univers La structure de l univers (zoom sur l infiniment grand) L univers (limites indéfinies) Notre galaxie: La voie lactée Notre système solaire des comètes L Univers est composé de milliards de galaxies Une galaxie est composé de milliards d étoiles étoile : le soleil 4 planètes solides. 4 planètes des gazeuses. astéroïdes Moyen Mnémotechnique pour retenir l ordre des planètes: Mon Violoncelle Tombe Mais Je Sauve Une Note. Mercure Venus Terre Mars Jupiter Saturne Uranus Neptune Le système Terre Lune Soleil La Terre fait un tour sur elle même en 24 heures. C est une planète tellurique (solide), elle tourne autour du Soleil en 365 jours et 6 heures La Lune tourne autour de la Terre en 29 jours, c est un satellite naturel de la Terre. Astuce pour différencier les phases: On trace un trait au milieu et on regarde si ca fait un p ou un d 10

13 La formation des atomes Synthèse des premiers atomes lors de la création de l univers Selon la Théorie du Big Bang, l univers aurait été crée il y a 13,8 milliards d années au cours d une énorme explosion (d où le nom: Big Bang) donnant ainsi naissance aux atomes les plus légers l Hydrogène, l Hélium, le Lithium et le Béryllium. La formation des étoiles (une fabrique à atomes). 3 ème (elle contient les atomes formés lors du big bang: Hydrogène, Hélium, Lithium et Béryllium). Elle fusionne les petits atomes pour fabriquer tous les atomes jusqu au Fer. Formation d une étoile plus petite (Hydrogène restant) et des planètes autour (tous les atomes issus de l explosion). (explosion au cours de laquelle les atomes plus gros se forment (cuivre, Argent, ) 11

14 Le temps (carte mentale) - 4 ème - 3 ème Sens physique: C est la durée qui s écoule entre deux évènements. symbole: t Temps Outils pour mesurer: Unités: la seconde La distance (carte mentale) Sens physique: C est la distance entre deux points. symbole: l (longueur) Outils pour mesurer: Un appareil gradué (mètre, pied à coulisse, ) ou un objet déjà découpé à la longueur souhaitée. - 4 ème - 3 ème Unités: le mètre (m) Distance (longueur) D = v x t Unité usuelles: Le pied (1pied = m ) Le pouce (1 pouce = m) Le mile nautique (1 mile = 1852 m) 12

15 II Mouvement et interactions II-A-Caractériser un mouvement. Les différents types de trajectoire La trajectoire représente le chemin suivi par un objet. Il existe 3 types de trajectoire: 4 ème ( droite) ( cercle ou portion de cercle) ( courbe) Les différents types de vitesse 4 ème La vitesse d un objet peut être : - accélérée - décéléré (= ralenti) - uniforme (= constant) Le référentiel d étude La perception d un mouvement est différente en fonction du lieu d observation. Le référentiel d étude est simplement le lieu ou l objet de référence par rapport auquel le mouvement est étudié. une même situation vue depuis deux référentiels différents. 4 ème Référen el: LE QUAI Référen el: LE TRAIN Décrire un mouvement 4 ème Pour décrire le mouvement d un objet, il faut préciser sa trajectoire, sa vitesse et le référentiel d étude. La Lune a un mouvement circulaire uniforme par rapport à la Terre. trajectoire vitesse Référen el d étude 13

16 II-B- Modéliser une interaction par une force caractérisée par un point d application, une direction, un sens et une valeur. Les différents types d interactions Deux objets sont en interactions si ces deux objets exercent une action l un sur l autre. Il existe 2 grandes familles d interactions: les interactions de contact : Les deux objets agissent l un sur l autre car ils sont en contact. Contact: L air pousse les voiles L eau freine le bateau L eau pousse le bateau vers le haut exemple: un bateau sur l eau Les interactions à distance: Les deux objets sont éloignés mais agissent l un sur l autre par une force invisible. Distance: La Terre attire le bateau vers le fond. Les effets des interactions Les interactions peuvent avoir deux effets: - modifier le mouvement d un des objets (trajectoire ou vitesse). - déformer (ou briser) l un des objets. Afin de prévoir ce qui va se passer pour l objet étudié, on fait : Un diagramme objet-interactions: on analyse les interactions auxquelles l objet étudié est soumis. Le bateau Une modélisation des forces: On représente les actions des objets les uns sur les autres par des forces (flèches) 4 ème air Interac on de contact eau Bateau Interac on à distance Terre Grâce à la modélisation des forces, on peut, en additionnant les flèches, retrouver dans quel sens se fera le mouvement ou la déformation. Le poids du bateau et la force de l eau sur le bateau s annulent : le bateau flotte. La force du vent est plus forte que le frottement de l eau: le bateau avance. 14

17 La gravitation universelle Loi Loi de de la la gravitation Universelle:... 3 ème Objet A F B/A F A/B Objet B... Distance d AB Cas des planètes:. Caractéristiques du poids: Différence entre Poids et masse. : 3 ème. : Sur Terre Sur la Lune 15

18 La vitesse (carte mentale) - 4 ème - 3 ème - 4 ème - 3 ème Sens physique: C est la distance que parcoure un objet durant un temps donné. Unité officielle: le mètre par seonde (m/s) Unité usuelles: Le nœud (1noeud = 1,85 km/h) La force (carte mentale) Sens physique: C est l action qu exerce un objet sur un autre. force d attraction de la Terre (poids) Unité officielle: Le Newton symbole: Il dépend de la force étudiée: F (en général) T pour les tensions P pour le poids symbole: v Vitesse Force Outils pour mesurer: Par le calcul en connaissant d et t. Relations faisant intervenir la masse: vitesse: v= d / t Relations faisant intervenir la force Poids : P = m x g 16

19 III L energie et ses conversions III-A- Identifier les sources, les transfert, les conversions et les formes d énergie Les différentes formes d énergie 3 ème - 4 ème - 3 ème.. Les énergies renouvelables Energie renouvelable... Energie non - renouvelable III-B Utiliser la conservation de l énergie Etablir un bilan énergétique Principe de conservation: - 4 ème - 3 ème... Légende: Source d énergie Source d énergie.. Energie Lumineuse. transfert conver sseur

20 La puissance électrique (carte mentale) Sens physique: symbole: Outils pour mesurer: un Wattmètre - 4 ème - 3 ème C est lié à l efficacité d un appareil électrique P Puissance Par calcul: Puissance (W) = Tension (V) x Intensité (A) (P = U x I) Unités: le Watt (W) L énergie (carte mentale) - 4 ème - 3 ème énergie 18

21 III-C- Réaliser des circuits électriques simples et exploiter les lois de l électricité Deux types de circuit En électricité, il n existe que deux types de branchements: Branchement en série (1 seule boucle) Branchement en dérivation (plusieurs boucles) Observations: - Le courant n ayant qu un seul chemin possible, si un dipôle grille, tous s éteignent. - Plus on branche de dipôles, plus le courant est faible. Observations: - Plus on fait de boucle, plus la pile s usera vite. - Peu importe le nombre de dipôles branchés, le courant ne faiblit pas. La résistance électrique (carte mentale) Sens physique: C est la capacité d un objet à freiner le passage du courant. symbole: R Outils pour mesurer: Un ohmmètre - 4 ème - 3 ème Unité officielle: L ohm (Ω) Résistance Ordre de grandeur: R fil = 0 Ω R isolant = infinie Observations: - Plus un corps est mouillé, plus sa résistance diminue. Relations faisant intervenir la masse: Loi d ohm: U= R x I 19

22 La tension électrique (carte mentale) Sens physique: C est la différence de «force» du courant entre deux point du circuit symbole: U Outils pour mesurer: un voltmètre Schéma: 4 ème - 3 ème Unité: Les Volts (V) Tension L intensité électrique (carte mentale) Sens physique: C est la «vitesse» à laquelle se déplace le courant (électrons libres) dans les fils. symbole: I Intensité Outils pour mesurer: un ampèremètre Schéma: 4 ème - 3 ème Unité: L Ampère (A) 20

23 Les lois de l électricité Lois dans un circuit en série Exemple de Montage: Loi sur l unicité de l intensité : Exemple de Mesure obtenues: Dans un circuit en série (1 seul chemin possible), l intensité est la même dans tout le circuit. Exemple de Montage: Loi sur l additivité des tensions : Exemple de Mesure obtenues: Dans un circuit en série (1 seul chemin possible), la tension fournie par le générateur se répartit entre les différents dipôles récepteurs branchés. 4 ème Lois dans un circuit en dérivation Exemple de Montage: Loi sur l additivité des intensités : Exemple de Mesure obtenues: Dans un circuit en dérivation (plusieurs chemins possibles), l intensité dans la branche principale se répartit dans les différentes branches dérivées. Exemple de Montage: Loi sur l unicité de la tension: Exemple de Mesure obtenues: Dans un circuit en dérivation (plusieurs chemins possibles), la tension fournie par le générateur est la même dans chacune des branches dérivées 21

24 Les dangers de l électricité Le court circuit Un court circuit apparait lorsque l on relie les deux bornes d un dipôle (pile, lampe, moteur, ) par un fil. Le court circuit d un dipôle récepteur: (moteur, lampe,.): Effet: Le dipôle ne fonctionne pas. Les électrons libres (particules transportant le courant) préférant toujours le chemin le moins résistant, elles passeront toutes par le fil et aucune ne passeront dans le dipôle. Le court circuit d un dipôle générateur (pile, batterie, prise,...): Effet: La pile et le fil chauffent, pouvant provoquer un incendie. Etant donné qu il n y a aucune résistance sur le chemin, les électrons libres circulent très vite. Les fils et la pile chauffent. 4,5 V - + 4,5 V - + L1 L2 Risque d incendie! L1 L2 Le courant passe par le fil et la lampe L1 reste éteinte. Le courant passe par le fil et les deux lampes L1 et L2 restent éteintes. L électrisation Le corps humain résiste bien aux petits courants électriques (inférieurs à 25 V) sauf quand il est mouillé. Dans ce cas là, sa résistance diminue et il risque alors l électrisation (être traversé par un courant, ce qui peut entrainer des brûlures) voire l électrocution (mort ). 22

25 IV Des signaux pour communiquer et observer IV-A- Les différents types de signaux Différence entre source primaire et objet diffusant Pour voir un objet, il faut que nos yeux reçoivent de la lumière provenant de cet objet. On distingue alors: Source primaire: C est un objet qui fabrique de la lumière. Il peut donc être vu, même dans le noir. Une ampoule, les éclairs, un écran de télé, le soleil,... Objet diffusant: C est un objet qui ne fait que renvoyer dans toutes les directions, la lumière qu il reçoit. La poussière, les objets autour de nous, la Lune,... La lumière Production de la lumière 4 ème 3 ème.: Lorsqu on envoie de l énergie sur un objet, les électrons à l intérieur des atomes se mettent à vibrer un certain nombre de fois par seconde (fréquence), produisant ainsi une onde électromagnétique. En fonction de la fréquence de vibration, on obtient différents type de rayonnement, dont la lumière: Inoffensifs pour l être humain Propagation dangereux pour l être humain La lumière se déplace en ligne droite dans tous les milieux transparents, même le vide. Pour représenter la lumière, on utilise le modèle du rayon lumineux: Sens de déplacement de la lumière La vitesse de déplacement de la lumière dépend du milieu traversé: Milieu vide Air verre eau Vitesse de la lumière km/s km/s km/s km/s Objet opaque 0 km/s 23

26 Le son Production du son Le son est une vibration mécanique: La fréquence du son, en Hertz, est définie comme le nombre de vibrations par seconde. L oreille humaine ne peut pas entendre toutes les fréquences: INFRASONS SONS AUDIBLES ULTRASONS Fréquence ( en Hz) Propagation 4 ème Le son se déplace de proche en proche et à donc besoin d un milieux matériel (c est-à-dire contenant des atomes) pour se propager. Sa vitesse de déplacement dépend du milieu traversé: Milieu vide Air eau Acier Vitesse du son 0 km/s 340 m/s 1500 m/s 5000 m/s IV B Utilisations du son et de la lumière Le son et la lumière sont utilisés pour: Exemples: - mesurer des distances - transmettre des informations 4 ème 24