Tp : 1ère

Spécialité

Activités expérimentales 1ère

: Cliquer sur le numéro du TP Physique Chimie

TP 1 Mesure d'une distance (sonar). P

TP 2 Mesure d'une vitesse. P

TP 3 Simuler à l'aide d'un langage de programmation la propagation d'une onde. P

TP 4 Distance focale d'une lentille convergente. P

TP 5 Etude de quelques systèmes optiques. P

TP 6 Synthèse des couleurs et couleurs des objets. P

TP 7 Spectre d'émission d'un atome. P

TP 8 Prélever une quantité de matière. C

TP 9 Dosage par spectrophotométrie. C

TP 10 Les réactions d'oxydoréduction. C

TP 11 Etat final d'un système chimique. C

TP 12 Titrage colorimétrique. C

TP 13 Interaction électrostatique et champ électrique. P

TP 14 Des champs en physique. P

TP 15 Variation de la pression dans un liquide. P

TP 16 La loi de Mariotte. P

TP 17 Géométrie des molécules. P

TP 18 Dissolution des solides ioniques. C

TP 19 Extraction liquide - liquide d'un soluté. C

TP 20 Propriétés des savons. C

TP 21 Variation de vitesse et forces. P

TP 22 Lien mouvement et action mouvement parabolique. P

TP 23 Travail d'une force et théorème de l'Ec. P

TP 24 Conservation ou non de l'énergie mécanique. P

TP 25 Découverte des familles organiques. C

TP 26 Identification des molécules. C

TP 27 Synthèse d'un composé organique. C

TP 28 Purifier et analyser un produit de synthèse. C

TP 29 Pouvoir calorifique d'un combustible. C

TP 30 Caractéristique d'une source de tension. P

TP 31 Rendement énergétique d'un convertisseur. P

…… Hz … kHz

Son audible ….….

Fréquences des ondes sonores

de plus en plus ... de plus en plus ...

TP 1 : Mesure d'une distance (sonar).

TENSIONS PERIODIQUES

Un signal est périodique lorsqu’il se reproduit identiquement à

lui-même à intervalles de temps réguliers.

La période T du signal périodique est la durée T (en seconde)

que met le signal (motif) pour se répéter identiquement à lui-

même.

La tension maximale Um appelée également l’amplitude (en

volt) correspond à la plus grande valeur prise par la tension.

La fréquence f est le nombre de périodes (motifs) par

seconde. Elle s’exprime en hertz (Hz).

Détermination de T et Um à partir d’un oscillogramme.

Période : T = sensibilité horizontale × nbre de carreau.

Amplitude: Um = sensibilité verticale × nbre de carreau. sensibilités

Domaine sonore

Retour.

Onde périodique.

Définition : Signal périodique.

Période (s).

Fréquence (Hz).

F = 1 / T .

Vitesse : v = MnMn+1 / D (unité : m/s).

Domaine des ondes sonores.

temps

T (période)

Um

tension

T

f = 𝟏

𝐓 Hertz

(Hz)

seconde

(s)

Infrason Ultrason

20 20

aigu grave

TP 2 : Mesure d'une vitesse.

Retour.

Onde périodique.

Définition : Signal périodique.

Période (s).

Fréquence (Hz).

F = 1 / T .

Vitesse : v = MnMn+1 / t (unité : m/s).

Domaine des ondes sonores.

TP 3 : Simuler à l'aide d'un langage de programmation la propagation d'une onde.

Retour.

Vitesse : v = MnMn+1 / t (unité : m/s).

TP 4 : Distance focale d'une lentille convergente.

Trajet de la lumière à travers une lentille convergente.

Le rayon incident passe par le centre

optique O.

Le rayon incident est parallèle à l’axe

optique.

Le rayon incident passe par le foyer

objet F.

Obs : Le rayon n’est pas dévié.

Obs : Le rayon sort en passant par le

foyer image F’.

Obs : Le rayon sort parallèle à l’axe

optique.

Constructions graphiques :

Retour.

Type de lentilles : convergente ; divergente.

Tracé des rayons lumineux.

Construction graphique d'une image.

F

F’

O

F F’

O F

F’

O

A

B

F’ O A

B

F’ O

A’

B’

A’

B’

TP 5 : Etude de quelques systèmes optiques.

Description d'un œil.

La pupille : c'est un trou, entouré par l'iris, qui peut changer de taille et modifier la quantité de lumière entrant

dans l'œil.

Cristallin : il se comporte comme une lentille. L'association cornée + cristallin fait apparaître une image sur

la rétine.

La rétine : elle forme le fond de l'œil, elle est formée par des cellules photosensibles (bâtonnets et cônes).

Sur la rétine se forme l'image.

Le nerf optique : il transmet au cerveau l'information donnée par les cellules photosensibles de la rétine.

La pupille : C'est la partie noire de l'œil que l'on peut voir. Dans l'obscurité la pupille se dilate alors qu'avec

une forte lumière elle se rétracte, cela permet de garder une vision nette selon la luminosité.

C'est le muscle de l'iris (partie colorée de l'œil) qui régule la taille de la pupille grâce à des mouvements de

contraction et de décontraction.

La pupille peut aussi se dilater ou se rétracter selon nos émotions.

Le cristallin a une forme bombée ; c'est une lentille convergente.

L'image formée sur la rétine à une forme ronde ; au niveau du nerf. optique, il n'y a pas de cellule

photoréceptrice.

Le cerveau reforme donc l'image captée par la rétine.

La lentille joue le rôle du cristallin.

L'écran joue le rôle de la rétine.

Grandissement : 𝛄 = 𝐀′𝐁′

𝐀𝐁 =

𝐎𝐀′

𝐎𝐀

Retour.

Description de l'œil.

Construction graphique d'une image.

Grandissement.

TP 6 : Synthèse des couleurs et couleurs des objets.

Spectre lumineux.

Différentes couleurs.

La lumière blanche est composée d’une infinité de lumières colorées.

Chaque rayon de couleur a une longueur d’onde notée exprimée en nanomètre.

L’œil humain voit les ondes entre = 400 nm et = 800 nm.

Retour.

Domaine du Visible

Rayons gamma

Rayons X Ultra

violet

Infrarouge Microondes Ondes radio

TP 7 : Spectre d'émission d'un atome.

Représentation de l'atome de Bohr :

Niveaux d'énergie :

Retour.

TP 8 : Prélever une quantité de matière.

Le « paquet » du chimiste : la mole.

Comme on peut le faire avec des pâtes, le chimiste regroupe les entités microscopiques (atomes, ions,

molécules,..) en « paquets ». Ces paquets sont appelés moles.

Une mole d’entité est un « paquet » contenant 6,02.1023

entités. Ce nombre s’appelle la constante

d’Avogadro, noté NA.

Exemple : 1 g de charbon contient N = 5.1022

atomes de C.

Cela correspond à : n = N

NA=

5.1022

6,02.1023 = 0,083 mol.

1,2 moles d’entités est composé de : N = n × NA = 1,2 × 6,02.1023

= 7,22.1023

entités.

La quantité de matière.

La quantité de matière d’un échantillon, noté n, correspond au nombre de paquets d’entité élémentaires,

appelés moles, que contient cet échantillon.

Son unité est la mole de symbole « mol ».

Exemple : n(CO2 ) = 0,5 mol.

Retour.

solution

mère

solution

fille

Cf C0

V0 Vf

/ F

/ F

× F

TP 9 : Dosage par spectrophotométrie.

Dilution :

Protocole :

a. On prélève la solution à l’aide d’une pipette.

b. On lit correctement le trait de jauge.

c. Si on utilise une pipette à deux traits, verser

jusqu’au trait de jauge du bas.

d. on complète la fiole au ¾.

e. On homogénéise.

f.g. On complète au trait de jauge.

h. On homogénéise. (idem e)

Dosage par étalonnage.

Lors de ce type de manipulation, on cherche à déterminer la concentration d’une espèce chimique dans une solution. Le principe

est le suivant :

- Par dilution d’une solution mère de concentration connue, on commence par

préparer un certain nombre de solutions filles de concentrations connues Cfille que

l'on appelle solutions étalons.

- On mesure une même grandeur physique pour toutes les solutions étalon.

- On trace la courbe d’étalonnage : valeur = f( Cfille).

- On utilise la courbe d’étalonnage pour déterminer la concentration de l’espèce

chimique recherchée.

Retour.

Principe d'une dilution.

Diluer une solution, c’est en ajoutant du solvant, préparer

une nouvelle solution moins concentrée que la solution

initiale.

Lors d’une dilution, la concentration du soluté diminue, mais

sa masse ne change pas.

La solution de départ est appelée la solution mère et la

solution diluée est appelée la solution fille.

Facteur de dilution : F = Cmère / Cfille = Vfille / Vmère

Réalisation d'une dilution

La dilution nécessite d’effectuer des mesures précises de

volumes.

On utilise pour ces opérations le matériel suivant :

- pour la solution mère : Burette graduée, ou pipette graduée

ou jaugée.

- pour la solution fille : fiole jaugée.

Smère Sfille

Valeurs

mesurées

Cfille

TP 10 : Les réactions d'oxydoréduction.

Vidéo : Equilibrer une équation bilan.

https://www.youtube.com/watch?v=VZVBS4OwwlE

https://phet.colorado.edu/sims/html/balancing-chemical-equations/latest/balancing-chemical-

equations_fr.html

Vocabulaire.

Système chimique : ensemble de toutes les espèces chimiques présentes à un instant donné.

Transformation chimique : On appelle transformation chimique, le passage de l'état initial à l'état final du système

chimique avec disparition d’espèces chimiques et formation d'espèces nouvelles.

Réactif : espèce qui disparait (ou qui est consommée) au cours d’une transformation chimique.

Produit : espèce qui apparaît (ou qui se forme) au cours d’une transformation chimique.

Espèce spectatrice : Les espèces chimiques dont la quantité n'évolue pas au cours de la réaction sont appelées

« espèces spectatrices » (« ions spectateurs » s'il s'agit d'ions).

FeS + HCl --> H2S + FeCl2

Fe + H2O --> Fe3O4 + H2

C4H10 + O2 --> CO2 + H2O

FeS + 2 HCl --> H2S + FeCl2

3 Fe + 4 H2O --> Fe3O4 + 4 H2

2 C4H10 + 13 O2 --> 8 CO2 + 5 H2O

Retour.

TP11 : Etat final d'un système chimique.

Réactif limitant : réactif entièrement consommé à la fin de la réaction (nfinal = 0 mol).

Retour.

TP 12 : Titrage colorimétrique.

Bilan des TP : Tp 9 : Dosage.

Tp 11 : Etat final.

Retour.

TP 13 : Interaction électrostatique et champ électrique.

L’interaction gravitationnelle.

L’interaction gravitationnelle est une interaction attractive qui existe entre tous les corps de l’Univers

possédant une masse.

L’action attractive exercée par un corps A de masse mA sur un corps B de masse mB distants d’une distance

d est modélisée par une force notée F A/B de valeur :

avec :

- mA et mB sont des masses exprimées en kg.

- d est la distance entre les centres des deux objets (exprimée en m).

- FA/B est la valeur de la force en newton (N).

- G : constante de la gravitation universelle : G = 6,67 × 10−11N. m². kg−2.

Retour.

A B 𝐹 𝐴/𝐵

FA/B =G × mA × mB

d2

TP 14 : Des champs en physique.

Les électrons

Ils constituent le cortège électronique de l’atome.

Un électron portent une charge électrique négative : e = - 1,60.10-19

C.

Retour.

TP 15 : Variation de la pression dans un liquide.

Nouveau.

Retour.

TP 16 : La loi de Mariotte.

Nouveau.

Retour.

TP 17 : Géométrie des molécules.

Dans un atome, les électrons qui se trouvent proches du noyau sont beaucoup plus stables (stabilisation par

effet électrostatique) que les électrons qui se trouvent éloignés. Ce sont donc les électrons « périphériques »

(appelés aussi électrons externes) qui sont responsables de la réactivité chimique des atomes. On appelle ces

électrons des électrons de valence.

Règle du duet et de l’octet: Toute transformation chimique d’un élément tend à lui permettre d’acquérir la

structure électronique stable en duet ou en octet du gaz rare dont il est le plus proche dans le tableau

périodique. (1s2 ou 1s

2….…ns

2 np

6)

Liaison covalente et doublet non liant.

Le modèle de Lewis repose sur l’organisation de tous les électrons de valence (ceux de la dernière

couche). Le chimiste postule l’existence de doublets d’électrons liants (correspondant à la liaison

covalente) mais également de doublets d’électrons non-liants : en effet les électrons de valence qui ne

participent pas à ces liaisons se regroupent par paires autour de l’atome dont ils sont issus.

Par convention :

Un doublet liant entre deux atomes est représenté par un trait entre les deux symboles de ces atomes.

Un doublet non liant d’un atome est représenté par un trait à coté du symbole de cet atome.

Il arrive que certains atomes mettent en commun plusieurs doublets d’électrons.

S’ils mettent en commun deux doublets d’électrons, la liaison covalente est double, elle est représentée par

deux traits entre les symboles des atomes

S’ils mettent en commun trois doublets d’électrons, la liaison covalente est triple, elle est représentée par

trois traits entre les symboles des atomes.

Nombre de liaisons effectuées par les atomes les plus courant :

Schéma de Lewis de molécules courantes.

Retour.

Atome H C N O Cℓ

Nombre de liaisons formées 1 4 3 2 1

Nombre de doublets non-liants 0 0 1 2 3

Eau

H O H

Ammoniac

H N H

H

Méthane

C

H

H

H

H

Dioxyde de carbone

C O O

Dioxygène

O O Diazote

N N

TP 18 : Dissolution des solides ioniques.

Préparation d'une solution

Matériel : une fiole jaugée ; un entonnoir à solide, une balance, une coupelle, une spatule, eau distillée,

pipette simple, un bécher, solide.

On pèse le solide.

On introduit le solide

en rinçant la coupelle et

l'entonnoir

On remplit au 3/4 et on

homogénéise.

On complète au trait de

jauge.

On homogénéise.

Définitions :

Une solution est un mélange homogène.

Elle correspond à la dissolution dans un liquide majoritaire, appelé solvant, d’une espèce minoritaire,

appelée soluté.

o Si le solvant est l’eau, on parle de solution aqueuse.

o Si le soluté est une espèce moléculaire (ex : glucose), la dissolution disperse uniformément les molécules

parmi les molécules de solvant.

o Si le soluté est un solide ionique (ex : sel NaCl), la dissolution sépare et disperse le solide en cations Na+

et en anions Cl- dans les molécules de solvant.

Retour.

TP 19 : Extraction liquide - liquide d'un soluté.

Nouveau.

Retour.

TP 20 : Propriétés des savons.

Nouveau.

Retour.

TP 21 : Variation de vitesse et forces.

La vitesse.

Vitesse moyenne et vitesse instantanée.

* La vitesse moyenne sur un trajet est le résultat d’un calcul.

𝑀𝑀′ distance parcourue (ensemble du parcours) exprimé en mètre.

∆𝑡𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 durée total du parcours entre M et M’ exprimée en seconde.

Entre deux positions successives, notée Miet Mi+1, à des instants voisins séparés de Δt, on définit le vecteur

vitesse v (Mi) du point Mi tel que :

Les caractéristiques du vecteur vitesse du point Mi sont :

* son point d’application est le point Mi.

* sa direction est celle du segment [Mi Mi+1].

* son sens est orienté dans sens du mouvement.

* sa longueur est proportionnelle à la norme : v Mi = M i M i+1

∆t=

M i M i+1

∆t.

Retour.

vmoy =MM′

∆ttotal

v Mi = MiMi+1

ti+1 − ti=

MiMi+1

∆t

TP 22 : Lien mouvement et action mouvement parabolique.

Modélisation d’une action par une force.

On modélise une action mécanique exercée par un système

extérieur sur le système étudié par une force.

Une force est représentée par un segment fléché appelé vecteur.

Une force est caractérisée par :

* un point d’application : c’est le point où agit la force.

* une direction : c’est la droite suivant laquelle s’exerce la force.

* un sens : c’est l’orientation de la force (« vers.. »).

* une norme : proportionnelle à la valeur de la force selon l’échelle choisie.

Quelques forces…

La force de pesanteur appelé poids

d’un objet : 𝐏 𝐨𝐛𝐣𝐞𝐭

La masse d’un objet (notée m) se mesure avec

une balance : elle est liée à la quantité d’atomes

et à la nature des atomes qui constituent l’objet.

Le poids d’un objet (notée P) est une

force (exprimée en Newton). C’est la force

qu’exerce un astre sur le système étudié. Elle

peut être calculée à l’aide de la relation :

P = m.gastre avec P en Newton (N).

m en kilogramme (kg).

g en N/kg.

La réaction du support : 𝐑 C’est la réaction exercée par le support pour

s’opposer à l’action du système qui s’appuie sur

lui.

Tension exercée par un fil : 𝐓 C’est la tension exercée par le fil sur le système.

Forces d’interaction gravitationnelle :

𝐅 𝐀/𝐁 et 𝐅 𝐁/𝐀

Ce sont des actions réciproques attractives à

distance entre deux systèmes de masse mA et

mB dont les centres sont séparés d’une

distance d.

Ces forces sont représentées par des vecteurs

ayant même direction, même norme mais des

sens opposés.

𝐅𝐀/𝐁 = 𝐅𝐁/𝐀 = 𝐆.𝐦𝐀.𝐦𝐁

𝐝² avec F en Newton (N)

m en kg.

G = 6,67 .10-11

N.m².kg-2

d en mètre (m).

Retour.

𝐏

𝐑

𝐓

Norme Direction

Sens

Système S représenté

par un point

S 𝐅 𝐒𝟏/𝐒

Point

application :

S

TP 23 : Travail d'une force et théorème de l'Ec (Energie cinétique).

Schéma d'une force : TP 22.

Retour.

TP 24 : Conservation ou non de l'énergie mécanique.

Nouveau.

Retour.

TP 25 : Découverte des familles organiques.

Nouveau.

Retour.

TP 26 : Identification des molécules.

Nouveau.

Retour.

TP 27 : Synthèse d'un composé organique.

Le schéma du montage à reflux.

Le rôle du réfrigérant lors de la synthèse.

Le réfrigérant à boules permet de refroidir les vapeurs (condensation

des vapeurs) grâce à une circulation d’eau froide. Tout retombe dans

le ballon, c’est pour cela qu’il n’y a pas de pertes.

Afin d'augmenter la surface de contact avec les vapeurs, on utilise ici

un réfrigérant à boule, plutôt qu'un réfrigérant droit.

Retour.

TP 28 : Purifier et analyser un produit de synthèse.

Une technique d’identification : la Chromatographie sur Couche Mince : la CCM

o Principe :

La chromatographie permet de séparer et d’identifier les différents corps purs constituant un mélange.

Pour cela chaque espèce est entrainée par l’éluant (solvant pur ou mélange de solvants) à des vitesses

différentes sur la phase fixe (plaque à CCM) selon son affinité (solubilité) avec celui-ci.

o Réalisation d’une CCM (fiche méthode page 332) :

Dépôt : chaque échantillon à analyser est dissout dans un solvant et déposé sur la ligne de dépôt

On introduit la plaque dans la cuve contenant l’éluant, celui-ci migre lentement le long de la plaque en

entrainant les différentes espèces : c’est l’élution.

Lorsque l’éluant est à 0,5 cm du bord supérieur, on retire la plaque et on note au crayon la position de la

ligne de front correspondant à la hauteur de migration de l’éluant notée H. On sèche alors la plaque.

o Révélation d’une CCM :

Si les espèces sont colorées, on observe directement les taches.

Dans le cas contraire, il faut rendre visible (révéler) la position des espèces sur la

plaque. Plusieurs méthodes existent :

Observer la plaque sous une lampe UV et entourer les taches alors visibles

Plonger la plaque dans un bain violet de permanganate de potassium et entourer

les taches alors visibles

o Exploitation d’une CCM :

La distance parcourue entre la ligne de dépôt et le centre de chaque tache h est

caractéristique d’une espèce chimique (pour un éluant et phase fixe données).

Deux taches à la même hauteur correspondent donc à la même espèce chimique.

Lorsqu’il apparait plusieurs taches issues d’un même dépôt, l’espèce déposée est

un mélange.

Retour.

H

h h

x

Ligne de

dépôt

Ligne

de front

TP 29 : Pouvoir calorifique d'un combustible.

Transfert thermique

Des corps à des températures différentes échangent de l’énergie lorsqu’ils sont mis en contact : ce sont

des transferts thermiques ;

Les mesures des énergies échangées au cours de ces transferts thermiques s’effectuent dans un

calorimètre (thermiquement isolé) permettant d’empêcher les échanges d’énergie avec le milieu

extérieur ;

L’énergie échangée sous forme de chaleur est une grandeur algébrique, notée Q, qui s’exprime en joule

(symbole : J)

Si f > i alors Q > 0 : le corps reçoit effectivement de l’énergie sous forme de chaleur : Q reçue > 0

Si f < i alors Q < 0 : le corps reçoit une énergie « négative » sous forme de chaleur il perd de

l’énergie sous forme de chaleur : Q cédée < 0

Si plusieurs corps sont placés dans une enceinte isolée de l'extérieur (calorimètre), les énergies qu'ils

échangent sous forme de chaleur, dans cette enceinte, vérifient le principe de conservation de l'énergie :

Q cédée + Q reçue = 0

Données

La capacité thermique du calorimètre est C(cal) = J.°C-1

, c’est l’énergie que l’on doit apporter au

calorimètre pour augmenter sa température de 1°C.

Q(cal) = Ccal × ( 𝜽𝒇 - 𝜽𝒊 )

J J.°C-1

°C

La capacité thermique massique de l’eau est C = 4,18 J.g-1

.°C-1

; c'est-à-dire que l’énergie cédée (ou

reçue) par 1g d’eau lorsque sa température diminue (ou augmente) de 1 °C est de 4,18 J

A pression constante, l’énergie thermique transférée lors d’une variation de température de 𝜃𝑖 à 𝜃𝑓 est :

Q= m × C × ( 𝜽𝒇 - 𝜽𝒊 )

J g J.g-1.°C-1 °C

A pression constante, l’énergie thermique transférée lors d’un changement d’état est : Q = m × L

J g J.g-1

L représente l’énergie massique de changement d’état.

Lfus représente l’énergie reçue par 1g de glace pour changer d’état physique et devenir de l’eau.

Retour.

TP 30 : Caractéristique d'une source de tension.

Deux lampes branchées en série.

On réalise un circuit électrique,

schématisé, constitué d'un générateur

et de deux lampes L1 et L2 montée

en série.

On branche un ampèremètre pour

mesurer les intensités.

Le générateur délivre une tension

de 6 V.

Deux lampes branchées en dérivation.

On réalise le circuit électrique. On peut le lire de deux

façons :

La lampe L2 est branchée en

dérivation et le circuit principal

est constitué de l'association du

générateur et de L1.

La lampe L1 est branchée en

dérivation et le circuit principal est constitué de

l'association du générateur et de L2.Le générateur délivre

une tension de 6 V

Enoncé de la loi des nœuds.

Définition : un nœud correspond à un point du circuit où se rejoignent au moins trois fils.

Enoncé de la loi des nœuds :

Dans un circuit avec dérivations, la somme des intensités des courants qui arrivent en un nœud

est égale à la somme des intensités des courants qui repartent de ce nœud.

Au nœud B : I0 arrive et I1 et I1 et I2 partent : I0 = I1 + I2

Représentation

conventionnelle

d'une tension

électrique.

Enoncé de la loi des mailles.

Définition : Une maille est un ensemble de dipôles formant un circuit

fermé ne comportant pas forcément de générateur.

Enoncé de la loi des mailles : La somme des tensions aux bornes des

différents dipôles d'une même maille est nulle.

Circuit en série :

UM + UL2 +UL1 - UG = 0

Circuit en dérivation :

UR + UDEL - UG =0.

UM - UG = 0

UR + UDEL - UM = 0

Caractéristique d’un dipôle:

La caractéristique courant-tension d'un dipôle est la courbe U = f(I) représentant la tension électrique U à ses bornes

en fonction de l'intensité I du courant électrique qui le traverse.

Montage électrique permettant de mesurer U et I aux bornes du conducteur ohmique. Caractéristique U=f(I) d’une lampe

Retour.

G

+ -

UR A

A

Com R

V V Com

AG

?

A2

A1

?

Com A

A Com

A Com

G + -

L1

L2

I1

I2

I0

B C

M

G + -

L1 L2

I

UL2

UL1 UM

UG

TP 31 : Rendement énergétique d'un convertisseur.

Nouveau.

Retour.