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Comprendre : Lois et modèles

Comment exploite-t-on des phénomènes périodiques pour accéder à la mesure du temps ? En quoi le concept de temps joue-t-il un rôle essentiel dans la relativité ? Quels paramètres influencent l’évolution chimique ? Comment la structure des molécules permet-elle d'interpréter leurs propriétés ? Comment les réactions en chimie organique et celles par échange de proton participent-elles de la transformation de la matière ? Comment s’effectuent les transferts d’énergie à différentes échelles ? Comment se manifeste la réalité quantique, notamment pour la lumière ?

 

Temps, mouvement et évolution

Temps, cinématique et dynamique newtoniennes

Description du mouvement d’un point au cours du temps : vecteurs position, vitesse et accélération. Référentiel galiléen. Lois de Newton : principe d’inertie loinewton.jpg, et principe des actions réciproques.

Conservation de la quantité de mouvement d’un système isolé. Mouvement d’un satellite. Révolution de la Terre autour du Soleil. Lois de Kepler.

Extraire et exploiter des informations relatives à la mesure du temps pour justifier l’évolution de la définition de la seconde.

Choisir un référentiel d’étude.

Définir et reconnaître des mouvements (rectiligne uniforme, rectiligne uniformément varié, circulaire uniforme, circulaire non uniforme) et donner dans chaque cas les caractéristiques du vecteur accélération.

Définir la quantité de mouvement vecteur_p.jpgd’un point matériel.

Connaître et exploiter les trois lois de Newton ; les mettre en œuvre pour étudier des mouvements dans des champs de pesanteur et électrostatique uniformes.

Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour étudier un mouvement.

Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour interpréter un mode de propulsion par réaction à l’aide d’un bilan qualitatif de quantité de mouvement.

Démontrer que, dans l’approximation des trajectoires circulaires, le mouvement d’un satellite, d’une planète, est uniforme. Établir l’expression de sa vitesse et de sa période.

Connaître les trois lois de Kepler ; exploiter la troisième dans le cas d’un mouvement circulaire.

Mesure du temps et oscillateur, amortissement

Travail d’une force. Force conservative ; énergie potentielle. Forces non conservatives : exemple des frottements. Énergie mécanique.

Étude énergétique des oscillations libres d’un système mécanique. Dissipation d’énergie. Définition du temps atomique.

Pratiquer une démarche expérimentale pour mettre en évidence :

- les différents paramètres influençant la période d’un oscillateur mécanique ;

- son amortissement.

Établir et exploiter les expressions du travail d’une force constante (force de pesanteur, force électrique dans le cas d’un champ uniforme).

Établir l’expression du travail d’une force de frottement d’intensité constante dans le cas d’une trajectoire rectiligne.

Analyser les transferts énergétiques au cours d’un mouvement d’un point matériel.

Pratiquer une démarche expérimentale pour étudier l’évolution des énergies cinétique, potentielle et mécanique d’un oscillateur.

Extraire et exploiter des informations sur l’influence des phénomènes dissipatifs sur la problématique de la mesure du temps et la définition de la seconde.

Extraire et exploiter des informations pour justifier l’utilisation des horloges atomiques dans la mesure du temps.

Temps et relativité restreinte

Invariance de la vitesse de la lumière et caractère relatif du temps. Postulat d’Einstein. Tests expérimentaux de l’invariance de la vitesse de la lumière.

Notion d’événement. Temps propre. Dilatation des durées. Preuves expérimentales.

Savoir que la vitesse de la lumière dans le vide est la même dans tous les référentiels galiléens.

Définir la notion de temps propre.

Exploiter la relation entre durée propre et durée mesurée.

Extraire et exploiter des informations relatives à une situation concrète où le caractère relatif du temps est à prendre en compte.

Temps et évolution chimique : cinétique et catalyse

Réactions lentes, rapides ; durée d'une réaction chimique. Facteurs cinétiques. Évolution d'une quantité de matière au cours du temps.

Temps de demi-réaction. Catalyse homogène, hétérogène et enzymatique.

Mettre en oeuvre une démarche expérimentale pour suivre dans le temps une synthèse organique par CCM et en estimer la durée.

Mettre en oeuvre une démarche expérimentale pour mettre en évidence quelques paramètres influençant l’évolution temporelle d’une réaction chimique : concentration, température, solvant.

Déterminer un temps de demi-réaction.

Mettre en oeuvre une démarche expérimentale pour mettre en évidence le rôle d’un catalyseur.

Extraire et exploiter des informations sur la catalyse, notamment en milieu biologique et dans le domaine industriel, pour en dégager l’intérêt.

Structure et transformation de la matière

Représentation spatiale des molécules

Chiralité : définition, approche historique. Représentation de Cram. Carbone asymétrique. Chiralité des acides α-aminés.

Énantiomérie, mélange racémique, diastéréoisomérie (Z/E, deux atomes de carbone asymétriques).

Conformation : rotation autour d’une liaison simple ; conformation la plus stable.

Formule topologique des molécules organiques. Propriétés biologiques et stéréoisomérie.

Reconnaître des espèces chirales à partir de leur représentation.

Utiliser la représentation de Cram.

Identifier les atomes de carbone asymétrique d’une molécule donnée.

À partir d’un modèle moléculaire ou d’une représentation, reconnaître si des molécules sont identiques, énantiomères ou diastéréoisomères.

Pratiquer une démarche expérimentale pour mettre en évidence des propriétés différentes de diastéréoisomères.

Visualiser, à partir d’un modèle moléculaire ou d’un logiciel de simulation, les différentes conformations d'une molécule.

Utiliser la représentation topologique des molécules organiques.

Extraire et exploiter des informations sur :

- les propriétés biologiques de stéréoisomères,

- les conformations de molécules biologiques,

pour mettre en évidence l’importance de la stéréoisomérie dans la nature.

Transformation en chimie organique

Aspect macroscopique :

- Modification de chaîne, modification de groupe caractéristique.

- Grandes catégories de réactions en chimie organique : substitution, addition, élimination.

Aspect microscopique :

- Liaison polarisée, site donneur et site accepteur de doublet d’électrons.

- Interaction entre des sites donneurs et accepteurs de doublet d'électrons ; représentation du mouvement d’un doublet d’électrons à l’aide d’une flèche courbe lors d’une étape d’un mécanisme réactionnel.

Reconnaître les groupes caractéristiques dans les alcool, aldéhyde, cétone, acide carboxylique, ester, amine, amide.

Utiliser le nom systématique d’une espèce chimique organique pour en déterminer les groupes caractéristiques et la chaîne carbonée.

Distinguer une modification de chaîne d’une modification de groupe caractéristique.

Déterminer la catégorie d’une réaction (substitution, addition, élimination) à partir de l’examen de la nature des réactifs et des produits.

Déterminer la polarisation des liaisons en lien avec l’électronégativité (table fournie).

Identifier un site donneur, un site accepteur de doublet d'électrons.

Pour une ou plusieurs étapes d’un mécanisme réactionnel donné, relier par une flèche courbe les sites donneur et accepteur en vue d’expliquer la formation ou la rupture de liaisons.

Réaction chimique par échange de proton

Le pH : définition, mesure.

Théorie de Brönsted : acides faibles, bases faibles ; notion d’équilibre ; couple acide-base ; constante d’acidité Ka. Échelle des pKa dans l’eau, produit ionique de l’eau ; domaines de prédominance (cas des acides carboxyliques, des amines, des acides α-aminés).

Réactions quasi-totales en faveur des produits :

- acide fort, base forte dans l’eau ;

- mélange d’un acide fort et d’une base forte dans l’eau.

Réaction entre un acide fort et une base forte : aspect thermique de la réaction. Sécurité.

Contrôle du pH : solution tampon ; rôle en milieu biologique.

Mesurer le pH d'une solution aqueuse.

Reconnaître un acide, une base dans la théorie de Brönsted.

Utiliser les symbolismes →, ← et doublefleche.jpg  dans l’écriture des réactions chimiques pour rendre compte des situations observées.

Identifier l’espèce prédominante d’un couple acide-base connaissant le pH du milieu et le pKa du couple.

Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour déterminer une constante d’acidité.

Calculer le pH d’une solution aqueuse d’acide fort ou de base forte de concentration usuelle.

Mettre en évidence l'influence des quantités de matière mises en jeu sur l’élévation de température observée.

Extraire et exploiter des informations pour montrer l’importance du contrôle du pH dans un milieu biologique.

Énergie, matière et rayonnement

Du macroscopique au microscopique

Constante d’Avogadro.

Extraire et exploiter des informations sur un dispositif expérimental permettant de visualiser les atomes et les molécules.

Évaluer des ordres de grandeurs relatifs aux domaines microscopique et macroscopique.

Transferts d’énergie entre systèmes macroscopiques

Notions de système et d’énergie interne. Interprétation microscopique. Capacité thermique. Transferts thermiques : conduction, convection, rayonnement.

Flux thermique. Résistance thermique. Notion d’irréversibilité. Bilans d’énergie.

Savoir que l’énergie interne d’un système macroscopique résulte de contributions microscopiques.

Connaître et exploiter la relation entre la variation d’énergie interne et la variation de température pour un corps dans un état condensé.

Interpréter les transferts thermiques dans la matière à l’échelle microscopique.

Exploiter la relation entre le flux thermique à travers une paroi plane et l’écart de température entre ses deux faces.

Établir un bilan énergétique faisant intervenir transfert thermique et travail.

Transferts quantiques d’énergie

Émission et absorption quantiques. Émission stimulée et amplification d’une onde lumineuse. Oscillateur optique : principe du laser.

Transitions d’énergie : électroniques, vibratoires.

Connaître le principe de l’émission stimulée et les principales propriétés du laser (directivité, monochromaticité, concentration spatiale et temporelle de l’énergie).

Mettre en œuvre un protocole expérimental utilisant un laser comme outil d’investigation ou pour transmettre de l’information.

Associer un domaine spectral à la nature de la transition mise en jeu.

Dualité onde-particule

Photon et onde lumineuse. Particule matérielle et onde de matière ; relation de de Broglie.

Interférences photon par photon, particule de matière par particule de matière.

Savoir que la lumière présente des aspects ondulatoire et particulaire.

Extraire et exploiter des informations sur les ondes de matière et sur la dualité onde-particule.

Connaître et utiliser la relation debroglie.jpg.

Identifier des situations physiques où le caractère ondulatoire de la matière est significatif.

Extraire et exploiter des informations sur les phénomènes quantiques pour mettre en évidence leur aspect probabiliste.


Date de création : 01/08/2012 10:55
Catégorie : Terminale S - Lois et Modèles
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