Attendus de fin de cycle 4
- Décrire la constitution et les états de la matière
- Décrire et expliquer des transformations chimiques
- Décrire l’organisation de la matière dans l’Univers
Organisation et transformation de la matière |
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| Au cycle 3, on décrit les états et la constitution de la matière à l’échelle macroscopique. On appréhende la diversité des matériaux, l’état physique d’un échantillon de matière en fonction de conditions externes. Quelques propriétés de la matière sont introduites (solubilité, élasticité…) et la masse est stabilisée comme grandeur physique caractérisant un échantillon de matière. La notion de mélange est introduite ainsi que quelques expériences de séparation. | ||
Décrire la constitution et les états de la matière |
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5 ème |
4 ème |
3 ème |
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En cinquième l’étude des mélanges permet de réinvestir les techniques de séparation vues en cycle 3 pour aller plus loin. Elle permet, par exemple, une première approche de la masse volumique pour justifier les positions relatives de deux liquides non miscibles. Elle permet aussi de travailler sur la solubilité en la quantifiant. On pourra alors aborder la structuration de corps pur en réinvestissant les connaissances sur les changements d’état. Concevoir et réaliser des expériences pour caractériser des mélanges (miscibilité de deux liquides, solubilité d’un solide). Masse volumique (des liquides) : Première approche expérimentale de l’interdépendance entre masse et volume pour une substance liquide donnée. Solubilité d’un solide : Estimer expérimentalement une valeur de solubilité d’un solide dans l’eau. Caractériser les différents états de la matière (solide, liquide, gaz). Caractériser les différents changements d’état d’un corps pur : mesure de la température de changement d’état. Test caractéristique de l’eau. Proposer et mettre en œuvre un protocole expérimental pour étudier les propriétés des changements d’état : variation du volume, conservation de la masse. Interpréter les changements d’état au niveau microscopique. Notions de molécules. |
Les études qui suivent permettent de réinvestir les connaissances des élèves dans le domaine des mélanges et des techniques de séparation. Composition de l’air (dioxygène, diazote, autre gaz…). Mettre en œuvre des tests caractéristiques d’espèces chimiques à partir d’une banque fournie (test O2, CO2, H2O). Solubilité d’un gaz : Estimer expérimentalement une valeur de solubilité d’un gaz dans l’eau. La solubilité interroge la conservation de la masse dans un mélange et le pouvoir solvant de l’eau. La conservation de la masse au cours d’un mélange peut être l’occasion de réinvestir les mélanges solide-liquide. Masse volumique (liquides et solides) : Proposer et mettre en œuvre un protocole expérimental pour déterminer une masse volumique d’un liquide ou d’un solide. Relation : m = ρ.V La donnée de la masse volumique permet de prédire, par exemple, la position relative de deux liquides non miscibles entre eux. |
Notions de molécules, atomes, ions Masse volumique : Exploiter des mesures de masse volumique pour différencier des espèces chimiques ou des corps. Ce réinvestissement de la masse volumique peut se faire, par exemple, dans le cadre des transformations chimiques pour reconnaître des métaux. Elle peut également se faire en relation avec la partie « décrire l’organisation de la matière dans l’univers » dans le cadre du classement des planètes par leur densité. |
Organisation et transformation de la matière |
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| Au cycle 3, l’idée qu’un mélange peut conduire notamment à une transformation chimique est introduite dans le cadre du travail autour des mélanges. | ||
Décrire et expliquer des transformations chimiques |
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5 ème |
4 ème |
3 ème |
| Transformations chimiques.
On peut revenir sur l’étude faite au cycle 3 et aborder à ce niveau la reconnaissance de quelques transformations chimiques pour marquer la différence avec un changement d’état ou un mélange (par exemple la réaction entre le vinaigre et le calcaire, mais toute transformation chimique est envisageable si elle permet clairement de montrer que l’on forme de nouvelles espèces), mais toute interprétation microscopique n’est pas envisageable, car elle nécessiterait la connaissance des atomes. Le travail à partir de produits du quotidien acides ou basiques permet de travailler sur la sécurité et justifie la recherche d’un critère de reconnaissance entre ces types de solutions. Identifier le caractère acide ou basique d’une solution par mesure de pH. Le lien entre le pH et les ions hydrogène suppose l’étude des ions et donc de la structure de l’atome. Elle n’est pas à envisager à ce niveau. |
Identifier expérimentalement une transformation chimique. En quatrième, on peut travailler à partir de transformations chimiques ne mettant en jeu que des espèces neutres (l’introduction des ions nécessite l’appui du modèle atomique avec nuage électronique). Les combustions, liées à la composition de l’air, restent une bonne approche pour structurer cette notion. Mettre en œuvre des tests caractéristiques d’espèces chimiques à partir d’une banque fournie (test du dioxygène, du dioxyde de carbone, de l’eau. Évolution du modèle particulaire, introduction de l’atome : interpréter une transformation chimique comme une redistribution des atomes. Aucun attendu de fin de cycle n’est fixé en termes d’équilibrage d’une équation de réaction.Utiliser une équation de réaction chimique fournie pour décrire une transformation chimique observée. Associer leurs symboles aux éléments à l’aide de la classification périodique. Interpréter une formule chimique en termes atomiques : O2, H2, N2, H2O, CO2 . Conservation de la masse lors d’une transformation chimique. Distinguer transformation chimique et mélange, transformation chimique et transformation physique. On peut réinvestir dans ce contexte le modèle particulaire vu en 5ème et son évolution en 4ème. |
Identifier le caractère acide ou basique d’une solution par mesure de pH. Associer le caractère acide ou basique à la présence d’ions H+ et OH- . En troisième, on élargit le champ d’études des transformations chimiques à celui des transformations chimiques mettant en jeu des espèces chargées. Aucun attendu de fin de cycle n’est fixé en termes d’équilibrage d’une équation de réaction. Réactions entre solutions acides et métaux. Utiliser une équation de réaction chimique fournie pour décrire une transformation chimique observée. Mettre en œuvre des tests caractéristiques d’espèces chimiques à partir d’une banque fournie (test de reconnaissance des ions et du dihydrogène). Distinguer transformation chimique et mélange, transformation chimique et transformation physique. |
Organisation et transformation de la matière |
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| Au cycle 3, on aborde le fait que la matière se trouve en dehors du milieu quotidien et se rencontre aussi à grande échelle (Terre, planètes, Univers). On situe la Terre dans le système solaire et l’on décrit son mouvement (rotation sur elle-même et révolution autour du soleil) ce qui permet d’aborder l’alternance jour/nuit et les saisons. On caractérise les conditions de vie sur Terre (présence d’eau liquide et température favorable). | ||
Décrire l’organisation de la matière dans l’univers |
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5 ème |
4 ème |
3 ème |
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Décrire la structure du système solaire : Système solaire Comme au cycle 3, en classe de cinquième on peut « rester » dans le système solaire et travailler sur les phénomènes liés à la Lune (phases de la Lune, éclipses). Cette partie est fortement en lien avec les parties « mouvements et interactions » et « signaux » du programme. Aborder les différentes unités de distance. Manipuler les puissances de 10 sur ce niveau n’est pas envisageable, tout comme l’étude de la vitesse de la lumière, son calcul et, de fait, l’année-lumière. L’unité astronomique demeure accessible à ce niveau. |
Décrire la structure de l’univers et du système solaire : . Système solaire . Galaxies Ordres de grandeur des distances astronomiques. Aborder les différentes unités de distance et savoir les convertir : du kilomètre à l’année-lumière. Galaxies, formation du système solaire, âges géologiques. Travailler sur l’année-lumière implique de travailler la relation entre vitesse, distance et durée une fois la notion d’inconnue abordée en mathématiques. L’expression « voir loin, c’est voir dans le passé » permet de réinvestir la propagation de la lumière et interroge les conditions de visibilité. |
Évolution de l’Univers.
L’évolution de l’univers permet de réinvestir la structure du système solaire, des galaxies et de l’année-lumière. Connaître et comprendre l’origine de la matière : On peut envisager de travailler sur les familles de planètes à partir de leur masse volumique (ou densité). Constituants de l’atome, structure interne d’un noyau atomique (nucléons : protons, neutrons), électrons. La nucléosynthèse dans les étoiles peutêtre un support de travail. À ce niveau on peut davantage faire le lien avec la classification périodique (nombre de protons). Comprendre que la matière observable est partout de même nature et obéit aux mêmes lois. On peut relier cette partie à la loi de gravitation universelle et la pesanteur sur une autre planète que la Terre. |
Mouvement et interaction |
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| Au cycle 3, on appréhende la notion de mouvement par une première approche de la vitesse (unités et protocole simple pour l’évaluer) et de la trajectoire. Il s’agit notamment d’identifier les différences entre les mouvements circulaires ou rectilignes et d’aborder, dans le cas du mouvement rectiligne, la notion de variation de vitesse (accélération, décélération). | ||
Caractériser un mouvement |
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5 ème |
4 ème |
3 ème |
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Caractériser le mouvement d’un objet. Mouvements rectilignes et circulaires Mouvements uniformes et mouvements dont la vitesse varie au cours du temps en valeur (mouvement non obligatoirement rectiligne). Il est possible d’introduire la relation v=d/t comme un algorithme de calcul si l’on donne d et t. En revanche, la notion d’inconnue n’étant pas stabilisée en mathématiques en 5e, on ne peut pas attendre de déduire d ou t si l’on donne les deux autres grandeurs. |
Utiliser la relation liant vitesse, distance et durée dans le cas d’un mouvement uniforme.
Vitesse : direction, sens et valeur. |
Relativité du mouvement dans des cas simples. Cette notion permet de réinvestir les connaissances acquises sur les mouvements. Elle peut être abordée avant la classe de troisième. L’enseignant fera le choix de la place à lui affecter de façon à équilibrer les volumes des progressions choisies dans les différentes années du cycle. |
Mouvement et interaction |
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| Au cycle 4, on stabilise également la notion d’interactions et l’on modélise une action par une force (point d’application, sens et valeur). En termes de progressivité, il possible d’introduire la notion d’interactions de contact et à distance dès la classe de cinquième dans le cas de la variation du mouvement (changement de vitesse ou de direction). En classe de quatrième, on peut par exemple se focaliser sur l’interaction à distance que la Terre exerce sur un objet à son voisinage et aborder le poids, la notion de force étant généralisée en troisième. Le diagramme objet-interactions est un outil que l’on peut utiliser dès la cinquième. | ||
Modéliser une interaction par une force caractérisée par un point d’application, une direction, un sens et une valeur |
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5 ème |
4 ème |
3 ème |
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Distinction entre action de contact et action à distance. La mise en mouvement et la modification de trajectoire peuvent être abordées lors de l’étude des interactions. |
Force de pesanteur (point d’application, direction, sens et valeur) et son expression : P = mg. On peut réinvestir les actions de contact et à distance en les resituant au niveau de l’action que la Terre exerce à distance sur un objet placé à son voisinage. On peut associer cette action à la force de pesanteur dont on précise le sens, la direction et la valeur par la mesure et/ou le calcul. |
Associer la notion d’interaction à la notion de forces (généralisation). Identifier les interactions mises en jeu (de contact ou à distance) et les modéliser par des forces Force : point d’application, direction, sens et valeur. Exploiter l’expression littérale scalaire de la loi de gravitation universelle, la loi étant fournie. C’est l’occasion de revenir sur la force de pesanteur et d’accéder à sa valeur pour un objet au voisinage d’une planète différente de la Terre. |
L’énergie et ses conversions |
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| Au cycle 3, l’élève prend conscience que l’être humain a besoin d’énergie dans sa vie quotidienne. Il identifie des sources et des formes d’énergie et apprend à reconnaître des situations où l’énergie est stockée, transformée et utilisée. On l’amène à identifier les éléments d’une chaîne domestique simple et on le sensibilise à des dispositifs visant à économiser l’énergie. La notion d’énergie renouvelable est également abordée. | ||
Identifier les sources, les transferts, les conversions et les formes d’énergie Utiliser la conservation de l’énergie |
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5 ème |
4 ème |
3 ème |
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L’énergie cinétique n’est pas modélisable à ce niveau en raison de l’absence de ressources mathématiques. Identifier les différentes formes d’énergie (thermique, électrique, chimique, lumineuse, cinétique, potentielle). Notion de puissance. |
L’énergie cinétique n’est pas modélisable à ce niveau en raison de l’absence de ressources mathématiques. Identifier les différentes formes d’énergie (thermique, électrique, lumineuse, chimique). |
Identifier les différentes formes d’énergie (thermique, électrique, chimique, lumineuse, cinétique, potentielle). La notion d’énergie chimique permet de réinvestir les connaissances acquises sur les mélanges (exemples de dissolutions exo ou endothermiques) et sur les transformations chimiques. Le support des piles électrochimiques est envisageable, mais aucun attendu de fin de cycle n’est visé dans ce domaine. Conservation de l’énergie. Établir un bilan énergétique pour un système simple. Utiliser la relation liant puissance, énergie et durée. Le travail sur l’énergie cinétique permet de réinvestir les connaissances acquises sur les mouvements. L’approche expérimentale de la modélisation mathématique de l’énergie cinétique est envisageable. La conversion énergie cinétique-énergie potentielle de position est également concevable. |
L’énergie et ses conversions |
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| Ce thème n’est pratiquement pas représenté au cycle 3. C’est surtout en cycle 2 que l’électricité est abordée à partir du comportement de la matière vis-à-vis du courant électrique et de la façon dont certains objets sont alimentés (pile ou secteur). | ||
Réaliser des circuits électriques simples et exploiter les lois de l’électricité |
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5 ème |
4 ème |
3 ème |
| L’étude du comportement des circuits reste essentiellement qualitative. Élaborer et mettre en œuvre un protocole expérimental simple visant à réaliser un circuit électrique répondant à un cahier des charges simple. Dipôles en série, dipôles en dérivation. Une première utilisation du voltmètre pour distinguer dipôle récepteur et générateur par la mesure d’une tension à vide est possible. De même une première utilisation de l’ampèremètre permet par exemple de travailler autour de la conception dite de « l’usure » du courant en montrant que le courant électrique est associé à une grandeur. |
Élaborer et mettre en œuvre un protocole expérimental simple visant à réaliser un circuit électrique répondant à un cahier des charges simple ou à vérifier une loi de l’électricité. Le travail sur les lois de l’électricité permet de réinvestir les connaissances acquises sur les circuits électriques. Exploiter les lois de l’électricité Loi d’additivité des tensions (circuit à une seule maille). Loi d’unicité des tensions. L’intensité du courant électrique est la même en tout point d’un circuit qui ne compte que des dipôles en série. Loi d’additivité des intensités (circuits à deux mailles) Influence d’une résistance sur le comportement d’un circuit. La notion de courant électrique met en relief de nombreuses représentations erronées chez l’élève. Aborder l’intensité avant la tension électrique peut induire l’idée que la tension est due au courant électrique. Privilégier une approche globale des circuits (aborder tension et intensité dans le même contexte) contribue fortement à les faire évoluer. |
Mettre en relation les lois de l’électricité et les règles de sécurité dans le domaine de l’électricité. Relation tension-courant : loi d’Ohm. La loi d’ohm peut être abordée avant la classe de troisième. L’enseignant fera le choix de la place à lui affecter de façon à équilibrer les volumes des progressions choisies dans les différentes années du cycle. Le support des piles électrochimiques est envisageable, mais aucun attendu de fin de cycle n’est visé dans ce domaine. Relation liant l’énergie, la puissance électrique et la durée.Puissance électrique P = U.I Conduire un calcul de consommation d’énergie électrique relatif à une situation de la vie courante.Le travail sur l’énergie électrique permet de réinvestir les connaissances acquises sur les circuits électriques et les lois associées. |
Des signaux pour observer et communiquer |
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| Au cycle 3, on distingue le signal (sons, lumière, radio…) comme une grandeur physique transportant une information (binaire) en prenant appui sur des exemples de la vie de tous les jours. | ||
Caractériser différents types de signaux et utiliser leurs propriétés |
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5 ème |
4 ème |
3 ème |
| Distinguer une source primaire (objet lumineux) d’un objet diffusant. Modèle du rayon lumineux. Lumière : sources, propagation rectiligne. Exploiter expérimentalement la propagation rectiligne de la lumière dans le vide et le modèle du rayon lumineux. Le modèle du rayon lumineux appelle implicitement l’étude des conditions de visibilité. |
Vitesse de propagation (lumière et son). Décrire les conditions de propagation d’un son. L’étude des conditions de propagation du son peut être abordée en cinquième.L’enseignant fera le choix de la place à lui affecter de façon à équilibrer les volumes des progressions choisies dans les différentes années du cycle. Relier la distance parcourue par un son à la durée de propagation. Utiliser l’unité « année-lumière » comme unité de distance. |
Notion de fréquence : sons audibles, infrasons et ultrasons. Comprendre que l’utilisation du son et de la lumière permet d’émettre, de transporter un signal donc une information. Ces études permettent de réinvestir les conditions de propagation et les vitesses de propagation du son et de la lumière. |