THÈME I : L'UNIVERS
 


CHAPITRE 1 : UNE PREMIÈRE PRÉSENTATION DE L'UNIVERS
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A1. Une première présentation de l'Univers


L'animation utilisée en cours lors de l'activité : classer des objets en fonction de leur taille (A. Willm)

Des sommets de l'Himalaya au rayonnement fossile de l'univers... Cette vidéo (The Known Universe) nous fait voyager dans l'univers connu, reconstitué d'après les dernières connaissances astronomiques les plus pointues. Tous les objets -planètes, lunes et satellites- sont représentés à l'échelle. Ce film est produit par le Muséum américain d'histoire naturelle (AMNH).


Découverte du système solaire : Les Neuf Planètes (Remarque : Pluton perd son statut : plus que huit planètes dans le Système solaire !)

La définition de ce qu'est une planète a changé et l'on compte désormais 8 planètes, 4 telluriques (Mercure, Vénus, Terre, Mars) et quatre géantes gazeuses (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune) ainsi que 3 planètes naines (Cérès dans la ceinture d'astéroïdes entre Mars et Jupiter, Pluton et Eris alias Xéna, (2003 UB 313) dans la ceinture de Kuiper).


Les exoplanètes : existe-t-il d’autres Terres dans l’Univers ? Oui, répondront probablement les astronomes dans les années qui viennent. Tout porte à croire que les moyens d’observation actuels vont détecter des planètes d’une masse et d’une température comparable à celle de la Terre. Restera à savoir si elles sont habitées…


Le nombre d'exoplanètes détectées ne cesse d'augmenter : la première exoplanète a été découverte en 1995 par Michel Mayor et Didier Queloz.
Actuellement (15 juin 2017), 3610 exoplanètes ont déjà été découvertes !

Comment détecter ces exoplanètes ? Plusieurs techniques sont utilisées par les astronomes.


A2. Visualiser des longueurs

Cette animation (Cary & Michael Huang) propose un voyage entre l'infiment grand et l'infiniment petit. Elle permet de relativiser la notion de taille dans l'univers, et peut-être d'apprécier la place de l'homme. La description des objets est donnée en anglais ! Déplacer le curseur pour changer d'échelle une fois l'animation téléchargée.

Histoire des mesures : comment et pourquoi est-on passé des anciennes unités de mesure (toise, pied, coudée etc.) au mètre ? Comment ce dernier a-t-il été défini ?


A3. La machine à remonter le temps

Histoire des mesures de la vitesse de la lumière : à partir du moment où l'on a commencé à mettre en doute l'instantanéité de la lumière à celui où sa vitesse est devenue une constante scientifique, il se sera écoulé… 10 siècles. C'est cette longue histoire, pleine de rebondissements qu'entreprend de raconter, ici, Jamy, l'animateur du magazine "C'est pas sorcier".
Une vidéo éditée par le CERIMES.

et la suite : partie 2, partie 3, partie 4 et partie 5 !

Voyage à la vitesse de la lumière dans l'univers : combien de temps faut-il pour aller à un endroit à 300 000 km/s ? (A. Willm)
Mesurer votre temps de réaction !
Temps de réaction et sécurité routière : les distances de sécurité.
Pour aller plus loin : peut-on dépasser la vitesse de la lumière ?


A4. Mesure du diamètre d'un cheveu


Corrigé du TP
Pour aller plus loin : (Max) von Laue & la radiocristallographie
. La diffraction des rayons X est le principe de base de la radiocristallographie, qui est devenue la méthode principale d’étude de l’organisation des atomes et molécules au sein des cristaux.


Exercices

Une animation pour revoir les techniques permettant d'écrire un nombre en notation scientifique (auteur ?).
Puis s'entrainer en faisant le QCM ou les exercices suivants
Les chiffres sgnificatifs (A. Willm).

Ordres de grandeur dans l'Univers :
- déterminer l'ordre de grandeur de quelques distances (exovideo)
- les chiffres significatifs (exovideo)
- l'année de lumière (exovideo)
- détermination de la distance Terre-Lune par écho laser (exovideo)


CHAPITRE 2 : LES ÉTOILES
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A1. Analyser la lumière

les ondes électromagnétiques : présentation des différentes bandes du spectre, représentation d'une onde électromagnétique.
Découvrez l'histoire de la découverte des différents spectres électromagnétiques, devenus de véritables outils d'exploration de la matière comme de l'univers.



A2. La réfraction de la lumière

Corrigé du TP
Animation illustrant les phénomènes de réfraction et réflexion totale
Une biographie d'Isaac Newton : il est l'un des plus grands scientifiques de tous les temps de par ses contributions en mécanique, physique et mathématiques !


A3. Mesure de l'indice de réfraction de l'eau


A4. Les spectres

  loi de Planck : évolution d'un spectre continu avec la température de la source.
Les spectres de raies :
     - dispersion de la lumière par un prisme, notion de spectres d'émission et d'absorption
     - spectres d'émission et d'absorption des élèments (A. Willm)


A5. Étude du spectre du Soleil

Activités et compléments sur les spectres stellaires :
     - le diaporama nécessaire à l'exploitation du TP "Étude du spectre du Soleil"
     - spectre du Soleil / analyse du spectre du Soleil (A. Willm) / surface du Soleil en 3D (Ciel des Hommes)
     - des compléments sur la classification des étoiles : "Oh Be A Fine Girl Kiss Me !" et le diagramme HR (Olivier Thizy)
     - quelle est l'étoile dont la température de surface est la plus faible sur cette photographie de la constellation d'Orion ?
Sélectionnez les lignes ci dessous avec la souris entre << et >> pour voir la réponse :
<<
Il s'agite de Bételgeuse, l'étoile orangée visible en bas à gauche de la photographie.
Les étoiles froides rayonnent le plus gros de leur énergie dans les régions rouge et infrarouge du spectre électromagnétique et ainsi apparaissent rouges, alors que les étoiles chaudes émettent surtout dans les longueurs d'onde bleues et violettes, les faisant apparaître bleues ou blanches. >>

Comment rechercher des traces de vie sur des exoplanètes : en réalisant le spectre de l'atmosphère de l'étoile (Futura-Sciences) !



Exercices

Exercices sur les spectres :
- QCM spectres
- spectre du mercure (exovideo)
- le spectre du Soleil (exovideo)

Exercices sur la réfraction :
- les lois de Descartes (exovideo)
- réfraction à travers le plexiglas (exovideo)
- détermination d'un indice de réfraction à partir d'un graphique (exovideo)
- l'arc-en-ciel (exovideo)


CHAPITRE 3 : LES ÉLÉMENTS CHIMIQUES DANS L'UNIVERS  
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A1. Un modèle de l'atome


Histoire de l'atome
     - Le site de l'activité documentaire sur l'histoire des modèles de l'atome : histoire de l'atome (Wollbrett Cybéric)
     - Comment a-t-on découvert les atomes ?
(mp3 : 5,3Mo / Les Petits Bateaux sur France Inter)

     - Curiosités du langage scientifique : origine, entre autres, du mot quark (J-F Bouvet)

Struture de l'atome
     - une animation qui présente la structure de l'atome et apporte des compléments sur la radioactivité (CEA)
     - structure du noyau et structure électronique de l'atome (A. Willm)


A2. Origine des éléments

Le moindre de nos atomes a, un jour, été créé au sein d'une étoile, et il y retournera un jour. C'est en ce sens que nous sommes tous "poussières d'étoiles".



A3. L'élément cuivre

Corrigé du TP


A4. Identifications d'ions

Les météorites martiennes peuvent-elles nous apporter des indices sur une présence éventuelle de vie sur Mars ?


A5. La classification périodique des éléments

La classification périodique des éléments :
     - une classification périodique interactive très complète pour découvrir : périodes, familles, ions, propriétés des éléments... (ptable.com)
     - un nouvel élément chimique, de numéro atomique Z=112, découvert dans un laboratoire allemand, vient de se voir officiellement attribuer le nom "Copernicium", en hommage à l'astronome Nicolas Copernic.
     - pour épater vos amis et votre professeur de sciences-physiques, apprenez par cœur la classification périodique en utilisant ces trucs mnémotechniques.


A6. Les familles

Les éléments d'une même famille ont des propriétés chimiques voisines.
Illustration avec la réaction des alcalins avec l'eau : cas du sodium et du potassium (l'indicateur coloré utilisé ici est du BBT : bleu en milieu basique).


Sur ce document vous verrez la même expérience, mais avec une quantité très importante de potassium qui réagit encore plus vivement avec l'eau que le sodium. Essayez de faire une liste des régles de sécurité qui n'ont pas été respectées... Sélectionnez les lignes ci dessous avec la souris entre << et >> pour voir la réponse :
<<
- quantité de potassium trop importante,
- pas de blouse, de gants ou de lunettes de sécurité,
- un écran de protection en plexyglas est nécessaire pour protéger les élèves et le professeur d'éventuelles projections (comme ceux dont nous disposons sous les hottes ventilées de nos salles de TP de chimie).

>>



Exercices

L'atome et l'élèment :
- composition de quelques atomes
- QCM sur la structure de l'atome
- composition de l'ion fer(II)
- composition de l'ion fluorure
- formules électroniques d’atomes et ions (exovideo)
- ions polyatomiques, formules (exovideo)
- masse exacte de l’ion chlore (exovideo)
- masse approchée et charge (exovideo)
- l’aluminium DS (exovideo)
- structure électronique d’atomes et d’ions (exovideo)
- les isotopes (exovideo)

Tableau périodique :
- les gaz nobles (exovideo)
- atome de sodium et chlore (exovideo)
- le cation mystérieux (exovideo)
- l’anion mystérieux (exovideo)


CHAPITRE 4 : MOUVEMENTS ET FORCES
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A1. Relativité du mouvement

D'autres exemples permettent d'illustrer que la trajectoire d'un corps dépend du référentiel d'étude :
     - mouvement de la valve d'une roue de vélo dans le référentiel terrestre. La trajectoire obtenue est une cycloïde. Dans le référentiel lié au cadre du vélo, la valve a une trajectoire circulaire.
     - animation : cliquer sur les cercles de couleurs pour activer les caméras latérales des voitures et visualiser ainsi le mouvement des autres véhicules dans les référentiels associés (A. Willm).
     - une autre animation mettant en évidence que la trajectoire dépend du référentiel d'étude (J. Dijoux).


A2. Rétrogradation de Mars

Le logiciel Stellarium utilisé en TP est téléchargeable ici. C'est un logiciel de planétarium open source et gratuit qui affiche sur votre ordinateur un ciel réaliste en 3D, comme si vous le regardiez à l'oeil nu, aux jumelles ou avec un télescope.
Mars n'est pas la seule planète à présenter des rétrogradation : animation sur la rétrogradation des planètes (exemple étude du mouvement de Mars dans le référentiel héliocentrique puis géocentrique).
Les référentiels héliocentrique, géocentrique et terrestre : animation .


A3. Étude du mouvement

Animation : calul d'une vitesse instantanée Interlude (le tracé du vecteur vitesse n'est plus au programme)
Vecteur force : exercice interactif (A. Willm)


A4. Notre poids sur d'autres astres

     - Newton avait-il bon caractère ?
     - la loi de gravitation universelle
     - le champ de pesanteur au voisinage de la Terre
     - une animation pour bien comprendre la différence entre la masse d'un corps et son poids (J-P. Fournat).
     - votre poids dans d'autres mondes (Cité des Sciences).
     - la faible gravité sur la Lune :


     - le champ gravitationnel de la Terre a la forme d'une pomme de terre ! Voici les données en trois dimensions sur le champ de gravitation de la Terre obtenues par le satellite GOCE. Elles permettent d’établir la carte du champ de gravité terrestre et ainsi d’en définir le géoïde de manière extrêmement fine : c'est la forme qu’aurait notre planète si elle était uniformément recouverte d’un océan.


A5. La chute des objets

TP la chute d'un objet :
     - Galilée a-t-il fait tomber des objets de la tour de Pise ?
     - les vidéos exploitées lors du TP : chute_2balles.avi et golf_vertical.avi
     - la simulation "chariots"
     - un astronaute de la mission Apollo 15 lâche simultanément une plume et un marteau sur la Lune :


     - Pour une chute sans frottements, la vitesse de chute sera la même quel que soit la masse. Mettre en marche la pompe pour faire le vide dans le tube et le vérifier avec cette simulation.
     - Qu'est-ce que la masse ? La réponse du physicien Étienne Klein dans cette petite vidéo (universcience-vod).



A6. Satellisation

Corrigé du TP

Les animations du TP :
     - Lancer d'un projectile
     - Satellisation d'un projectile
     - quelles sont les caractéristiques d'un satellite géostationnaire ? (F. Passebon) ?
     - lancement commenté d'Ariane V du 6 juillet 2008 depuis le centre spatial Guyanais jusqu'à la séparation des EAP (étages à poudres).



Exercices

Relativité du mouvement :
- mouche sur une aiguille (exovideo)
- deux parachutistes (exovideo)

La loi de gravitation universelle :
- balles de tennis (exovideo)
- le télescope Hubble (exovideo)
- le poids du satellite Spot 5
- concours de saut en hauteur pour spationautes
- forces gravitationnelles exercées sur la capsule Apollo 11



THÈME II : SANTÉ
 


CHAPITRE 5 : LE DIAGNOSTIC MÉDICAL
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A1. Les signaux périodiques


Électrocardiogramme : une animation pour s'entrainer à mesurer la période et la fréquence des battements du cœur à partir d'un enregistrement.

Pour visualiser des tensions électriques, il est possible d'utiliser un ordinateur avec une carte d'acquisition et le logiciel LatisPro, comme en TP, mais aussi un oscilloscope. Cette animation permet de se familiariser avec l'utilisation d'un oscilloscope relié à un GBF (générateur basse fréquence) qui fournit un signal périodique.


A2. La fibre optique

Comment une fibre optique conduit-elle la lumière ?
     - retour sur les lois de Descartes : une animation illustrant les phénomènes de réfraction et réflexion totale .
     - le principe de la fibre optique : animation qui permet de visualiser comment les rayons lumineux sont réfractés / réfléchis dans la fibre optique.
Comment utiliser les fibres optiques pour explorer l'intérieur du corps humain ? Pourquoi j’ai le nez qui coule ? Réponse avec une fibroscopie des fosses nasales (bonjour-docteur).


D'autres phénomènes peuvent-être expliqués par la réflexion totale :
     - le monde extérieur tel qu'il est vu par le poisson (Fu-Kwun Hwang).
     - la physique de l'arc en ciel (G. Tulloue)
     - une photo d'une tortue illustrant le phénomène de réflexion totale !


A3. L'échographie médicale

Comment des principes physiques peuvent-ils avoir un intérêt en pratique médicale ?

Utilisation des ultrasons pour mesurer des distances : l'échographie médicale
     - le fichier LatisPro de la partie II.3 du TP : echo.ltp
     - qu'est-ce que l'échographie ? que peut-on voir par échographie ?
y a-t-il des contre-indications ? (bonjour-docteur)

     - une animation interactive pour comprendre le principe de l'échographie (A. Willm).
     - la technique de l'écho est aussi utilisée par les sonars des bateaux pour mesurer des distances : animation (A. Willm).

La radiographie :
     - un rappel : les rayons X et le spectre électromagnétique .
     - histoire de la radiographie : Röntgen et la main de sa femme Bertha (universcience-vod) :



A4. Comment compter les molécules ?


A5. Analyse sanguine

Comment lire et comprendre les différentes informations figurant sur une analyse de sang ?


A6. La bouteille bleue




Exercices

Signaux périodiques :
- période d'oscillation d'un pendule (exovideo)
- les ultrasons (exovideo)

Quantité de matière :
- calcul de la masse molaire atomique du chlore
- calcul de masse molaire moléculaire
- moles / masses et quantité de matière
- quantité de matière, masse et masse molaire

Concentrations :
- concentration molaire
- concentration d'une eau sucrée


CHAPITRE 6 : LES MÉDICAMENTS
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A1. Comment concevoir les molécules sans les voir ?

Le logiciel Avogadro utilisé en TP est téléchargeable ici.


A2. Formulation d'un médicament


Comment fabriquer un médicament ? (bonjour-docteur)



A3. Isomérie

Le logiciel Avogadro utilisé en TP est téléchargeable gratuitement ici.
Les fichiers des molécules de :
- glucose,
- fructose.

Des exemples de molécules en 3D et si vous disposez d'une paire de lunettes rouge/cyan, vous pourrez voir des modèles moléculaires en 3D stéréoscopique : éloignez vous un peu de l'écran pour un effet optimum ! (A. Willm)

Pourquoi est-il si important de connaître la géométrie tridimensionnelle de certaines protéines ? (universcience-vod)



A4. Préparation d'une solution à perfuser

Comment préparer une solution de concentration massique donnée à partir d'un solide (par dissolution) ou d'une solution (par dilution) ? Une animation pour mieux en comprendre le principe (A. Willm).
Une autre version, dans le cas de la préparation d'une solution de concentration molaire donnée.
Des fiches méthodes pour réaliser une dilution ou une dissolution
La verrerie utilisée en chimie : il faut savoir reconnaître le matériel utilisé (académie de Poitiers).


A5. De la couleur à la concentration


A6. Extraction

Les notions de densité et de masse volumique :
     - un diaporama powerpoint avec des exercices d'application pour faire le point sur ces notions (lycée Jean Vilar),
     - comment Archimède a-t-il fait pour savoir si la couronne du roi Hiéron était fabriquée d'or pur ou d'un alliage d'or et d'argent ?


A7. Chromatographie sur couche mince

     - calcul d'un rapport frontal (académie de Toulouse).


A8. Synthèse d'un médicament

Importance de la synthèse chimique : synthèse du principe actif d'un médicament, le taxol, qui permet de lutter contre le cancer (universcience-vod)


Un exercice afin de s'entraîner à ajuster les nombres stoechiométriques pour équilibrer une équation .


Exercices

Préparation d'une solution :
     - par dissolution d'un composé solide
     - par dilution
     - comment déterminer le volume à prélever ou la concentration de la solution fille ? Des exercices pour s'entraîner aux calculs de dilution : à faire sans calculatrice si possible !
Extraction
Chromatographie :
     - les étapes de la réalisation d'une chromatographie
     - d'autres exercices sur la chromatographie ici (1 à 3) et





THÈME III : SPORT
 


CHAPITRE 7 : ÉTUDE DU MOUVEMENT
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A1. Le principe d'inertie


Expériences en impesanteur dans la station spatiale internationale, puis au sol, pour illustrer le principe d'inertie :



A2. Le parachutiste

La vidéo "parachutiste.avi" utilisée en TP à sauvegarder sur le bureau (clic droit sur le lien et choisir "Enregistrer la cible sous").


A3. Sports sur glace

L'animation utilisée en classe pour introduire le principe d'inertie : le curling .


Exercices

Exercice interactif sur le principe d'inertie (A. Willm)
Chute libre d'un avion (exovideo)
Exercices : forces et mouvement / parachutiste / mouvement et forces / principe d'inertie (exercice 3) / hélicoptère télécommandé (exercice 4)



CHAPITRE 8 : BESOINS ET RÉPONSES DE L'ORGANISME
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A1. Boisson énergétique

L'alimentation du sportif (E=M6) :




A2. Apport énergétique d'un aliment


A3. Activité physique et transformations


Exercices
Équilibrer une équation chimique (exovideo)


CHAPITRE 9 : LA PRESSION
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A1. La notion de pression

Interprétation microscopique de la pression :
     - le mouvement Brownien : comment expliquer le mouvement erratique de cette particule de pollen au centre de l'animation ? Voir aussi le document sur l'historique de la découverte par Robert Brown.
     - le phénomène de diffusion
     - comment varie la pression d'un gaz ? : influence de la quantité de matière n, du volume V et de la température T sur la pression P d'un gaz



A2. La pression dans un liquide


A3. Effets physiologiques en plongée

La plongée : c'est pas sorcier (F3)




Exercices
Pression exercée par l'atmosphère (exovideo)
Cachet effervescent (exovideo)


CHAPITRE 10 : LES MATÉRIAUX ET LES MOLÉCULES DANS LE SPORT
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A1. Les polymères

L'importance du choix des matériaux dans un vélo de course.

L'effet des combinaisons de natation en polyuréthane sur les performances des nageurs  :


Exercices