Programme de Physique-Chimie

| |
| |Paris le |
| | |
| | |
| | |
| |Direction | |
| |de | |
| |l'enseignemen| |
| |t | |
| |scolaire | |
| | | |
| |Service | |
| |des |Arrêté fixant le programme de l'enseignement de |
| |formations |physique-chimie en classe terminale de la série |
| | |scientifique |
| |Sous-directio| |
| |n |Annexe |
| |des | |
| |enseignements|I. INTRODUCTION |
| |des écoles et| |
| |des |Le programme de sciences physiques de terminale S a pour |
| |formations |trame l'évolution temporelle des systèmes. Les exemples |
| |générales et |traités, pris dans différents domaines de la physique et de|
| |technologique|la chimie, en constituent les motifs. Ces motifs sont, à |
| |s des |chaque fois que c'est possible, introduits par des |
| |collèges et |situations expérimentales. |
| |lycées |Le texte ci-dessous comporte deux parties, l'une consacrée |
| | |à la physique, l'autre à la chimie. Concernant la physique,|
| |Bureau |cette introduction ne vise pas tant à présenter le |
| |du contenu |programme dans l'ordre où il est proposé qu'à développer |
| |des |les enjeux conceptuels nouveaux de l'année. Les objectifs |
| |enseignements|de chaque partie sont insérés dans chacune d'elles. |
| | |Concernant la chimie, le texte explicite la progression du |
| | |questionnement qui la structure. |
| | | |
| | |I. 1 Physique |
| | | |
| | |En classe de seconde, les élèves sont sensibilisés aux |
| | |ordres de grandeur de distances et de temps du monde |
| | |observable, et au double regard |
| | |microscopique-macroscopique. Une première analyse de la |
| | |cause du mouvement des objets a permis d'introduire le |
| | |principe de l'inertie, dont l'utilisation heuristique est |
| | |illustrée dans le cas de la gravitation. |
| | |En classe de première S, l'interrogation sur la nature des |
| | |forces qui lient la matière se prolonge par l'introduction |
| | |de l'interaction entre charges électriques et la mention de|
| | |l'interaction entre nucléons. La mise en place de la |
| | |dynamique est poursuivie par une écriture plus formelle de |
| | |la relation entre le changement de la vitesse d'un objet et|
| | |la résultante des forces s'exerçant sur lui. L'élève |
| | |poursuit la construction du concept de force en |
| | |s'interrogeant sur la notion de travail et sur les |
| | |changements que ce travail permet de réaliser : changer |
| | |l'énergie cinétique d'un mobile, changer son énergie |
| | |potentielle d'interaction avec la Terre, changer la |
| | |température d'un corps. | En classe de terminale est mise en place une compréhension plus fine de
l'évolution des systèmes, en étudiant celle-ci quantitativement, tant sur
le plan expérimental que théorique.
Sur le plan expérimental, observer une évolution c'est mesurer le taux de
variation de certaines grandeurs physiques. Qu'il s'agisse de la
propagation d'une perturbation dans un milieu, du taux de désintégration
d'un noyau radioactif, de l'établissement du courant dans un circuit
électrique, du mouvement d'un mobile ou d'un satellite, c'est à des taux de
variation que l'on s'intéresse. L'accélération d'un mobile, notion nouvelle
pour les élèves dans le cours de physique, est également un taux de
variation, si on la comprend comme la vitesse de la vitesse. On
s'interrogera sur les paramètres qui pilotent ces évolutions.
Du point de vue théorique, un taux de variation instantané est représenté
par une dérivée, notion introduite dans le cours de mathématiques en classe
de première S. Etudier les variations temporelles nécessite d'introduire la
variable temps dans le formalisme. Le temps, disait Henri Poincaré
s'interrogeant sur sa nature, est défini de sorte que les équations de la
mécanique soient aussi simples que possible. S'interroger sur les
paramètres qui influent sur la dérivée d'une grandeur physique, c'est
chercher à établir une équation différentielle. La résoudre permet
d'anticiper l'évolution réelle d'un système. La mise en place d'une méthode
numérique itérative permet de mieux ancrer l'idée du déterminisme et de la
causalité : l'état d'un système à un instant donné dépend de son état aux
instants antérieurs et des actions qui s'exercent sur lui.
Ainsi, au cours de leur dernière année de lycée, les élèves ont pour la
première fois la possibilité de toucher du doigt le double mouvement de
l'activité scientifique dans le domaine de la physique : confronter les
prédictions d'un modèle théorique à des résultats expérimentaux, utiliser
des résultats expérimentaux pour affiner un modèle théorique.
La variété des systèmes abordés au cours de l'année ne doit donc pas faire
perdre le fil directeur du programme : l'évolution des systèmes physiques.
C'est ce qui permet de cadrer les différents sujets abordés et d'en
préciser les limites. Parmi les thèmes abordés dans l'enseignement obligatoire, certains relèvent
de ce qu'il est convenu d'appeler la matière, d'autres relèvent de la
catégorie ondes. Ces catégories ont certes leurs limites (puisqu'on traite
notamment des ondes matérielles), mais leur pertinence se justifie
notamment par les difficultés conceptuelles spécifiques rencontrées par
les élèves.
Le thème « Ondes » traite des ondes mécaniques et introduit le modèle
ondulatoire de la lumière (Partie I). Le thème « Matière » explore des
systèmes très variés : noyaux atomiques (Partie II), systèmes électriques
(Partie III), systèmes mécaniques (Partie IV). Les ondes mécaniques sont introduites expérimentalement par le phénomène de
propagation sans transport de matière d'une perturbation dans un milieu
initialement à l'équilibre. Divers montages expérimentaux permettent de
mettre en évidence qu'à cette propagation est associé un transport
d'énergie, qui s'effectue également sans transport de matière. L'analyse de
la propagation de proche en proche d'une perturbation dans un milieu à une
dimension lorsque l'amortissement est négligeable conduit à la notion de
retard : la perturbation en un point de l'espace à un instant donné est la
même que ce qu'elle était en un autre point à un instant antérieur. Les
notions de longueur d'onde et de fréquence sont introduites dans le cadre
plus particulier des ondes progressives périodiques sinusoïdales.
Le phénomène de diffraction, introduit dans le cas des ondes mécaniques et
observé également avec la lumière, permet de modéliser cette dernière, tout
du moins pour une partie de ses manifestations, comme une onde.
Le formalisme, dans cette partie, est réduit au minimum. Les ondes étant un
phénomène certes familier mais que les élèves abordent pour la première
fois comme phénomène physique, il importe surtout de se concentrer sur sa
nature particulière, dont l'intérêt est lié à la possibilité de transporter
de l'information et de l'énergie en faisant l'économie du transport de la
matière. Dans l'étude de l'évolution des systèmes matériels - nucléaires,
électriques et mécaniques - il s'agit, à travers l'exploitation et la
formalisation d'expériences diverses, de donner un sens précis au
déterminisme classique. On insiste notamment sur l'importance des
conditions initiales : une loi d'évolution ne détermine le futur d'un
système que si les conditions initiales sont précisées, mais la loi
d'évolution ne dit rien des conditions initiales ! Cette question prend un
relief particulier lorsque l'on cherche à reconstituer le passé d'un
système physique, comme en astrophysique : dans ce cas, l'état actuel
fournit les conditions initiales, et l'applica