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2. Réussir en Sciences Physiques Niveau lycée (fiches, exercices ...

Fiche 4 UTILISATION DE LA CALCULATRICE EN SCIENCES PHYSIQUES. Fiche 5 ... C'est chercher l'expression mathématique de la fonction représentée . ... En adaptant les notations à l'exercice noter sous forme littérale la solution .




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SOMMAIRE

Fiche 1 REVOIR LE COURS , LES T P ET ETUDIER SA LECON

Fiche 2 REUSSIR UN EXERCICE EN SCIENCES PHYSIQUES

Fiche 3 NOMBRE DE CHIFFRES SIGNIFICATIFS DANS UN RESULTAT

Fiche 4 UTILISATION DE LA CALCULATRICE EN SCIENCES PHYSIQUES

Fiche 5 UTILISER LES PUISSANCES DE 10 DANS LES CALCULS CHANGEMENT D’UNITE

Fiche 6 REUSSIR LES CHANGEMENTS D’UNITES fiche : EXERCICES

Fiche 7 REUSSIR UNE DEMARCHE LITTERALE EN SCIENCES PHYSIQUES

Fiche 8 EQUILIBRER UNE EQUATION CHIMIQUE

Fiche 9 REALISER et EXPLOITER un GRAPHIQUE.

Fiche 10 SOLUTIONS DES EXERCICES











REALISER ET EXPLOITER UN GRAPHIQUE Fiche n° 9
RAPPELS : axe des ordonnées pour « la fonction » ou la « grandeur » étudiée

 y Point de « coordonnées » x et y GRAPHE de y en fonction de x ou y = f (x)



 O origine x axe des abscisses pour « la variable »
Recommandations :
On étudie une grandeur physique en fonction d’une autre en général .
Exemples U = f ( I ) ou I = f (U ) ou Us = f ( Ue) etc
On retient que la variable est placée en abscisse et la grandeur étudiée en ordonnée.

Les axes sont toujours gradués correctement et complètement .
Le titre du graphique est obligatoire . Les unités utilisées doivent être indiquées .

Les graduations sont choisies de telle sorte que la valeur la plus grande à placer soit le plus loin possible
sur l’axe et que la lecture ou la recherche d’une valeur soit facile.
On choisira par exemple pour une unité 1 cm ou 2cm ou encore 2,5 cm ou 5 cm (car cela se divise
 facilement en 5 fois 0,2 unité )
Un point du graphique est reporté avec soin au crayon de papier . Il ne faut pas tracer de lignes pour repérer
le point . Celui ci est marqué par un signe + dessiné avec soin .

Comment tracer le graphique :
Comment expliquer une certaine dispersion des points ?
1° On doit vérifier que l’on a correctement reporté ces points
2° Une mesure n’est jamais parfaite .On utilise des appareils de mesure dont l’affichage peut fluctuer légèrement et cet appareil n’a pas une qualité parfaite .Pour ces raisons la mesure lue ne correspond pas exactement à la valeur exacte . On dit que l’on fait une erreur de mesure. (La valeur la plus grande de cette erreur est appelée « incertitude absolue » On la note Dð ð ð ð ð ð ð ð ðDðU , ðDðI , ðDð T par exemple )

3° Il faut maintenant tracer le graphique . Doit on joindre les points un à un ? NON JAMAIS .
Alors comment faire et pourquoi : Il faut imaginer que si on avait des appareils de qualité suffisante et si on pouvait
réaliser de nombreuses mesures ,certaines erreurs seraient évitées et on disposerait de bien plus de points . Le graphique
que l’on doit tracer est cette ligne idéale qui donne l’évolution générale de la grandeur étudiée . Elle ne passe pas
forcément par tous les points pour les raisons données avant . Mais on essaie de la faire passer le plus prés d’un
maximum de points.
Attention : souvent le point O fait partie du graphique , si c’est le cas il ne sera pas oublié .
 Exemples :

. + +
 + +
 + +
 + +
 + +
 + +

La ligne est tracée à la règle (transparente) si c’est une ligne droite ,sinon à la main et avec un
crayon de papier HB (pas trop gras) .Ce n’est que plus tard qu’on pourra la repasser en couleur.

Que signifie « modéliser le graphique » ? C’est chercher l’expression mathématique de la fonction représentée .
et caractérisant la façon dont la grandeur varie en fonction de la variable.
Au lycée de nombreuses courbes sont des lignes droites et sont modélisables par une expression de la forme
y = a*x ou y = ax + b selon qu’elles passent par O ou pas .
Le travail consistera à chercher le coefficient directeur a et l’ordonnée à l’origine b si nécessaire .
On utilisera pour cela les méthodes mathématiques .
On veillera à indiquer les unités car en physique on ne doit jamais les oublier .
Parfois on utilisera l’ordinateur pour modéliser . Il suffira de préciser le 1° et le dernier point de la courbe à modéliser,
et d’indiquer l’expression mathématique qui nous paraît correspondre à la fonction dont on modélise le graphe.
REUSSIR UN EXERCICE EN SCIENCES PHYSIQUES Fiche n° 2

Lire attentivement l’énoncé et revoir la signification de certains termes si nécessaire.
Reproduire le schéma qui accompagne l’énoncé ou ne pas hésiter à en réaliser un .
Situer l’exercice dans la leçon .
Se donner tous les moyens de travailler sur la situation en ajoutant si nécessaire les notations
qui pourraient manquer (tout en respectant les conventions de la leçon)
Pour chaque question : - bien voir ce qui est demandé
rechercher les indications utiles (les « données »)
Situer et indiquer la partie de la leçon correspondant à la situation
de la question et sur laquelle vous vous appuyer pour trouver la réponse
(C’est ce que l’on appelle « la justification de la réponse » : une réponse
non justifiée n’a aucune valeur pour le professeur )
En adaptant les notations à l’exercice noter sous forme littérale la solution . Préciser les unités .
Procéder à certains calculs annexes si nécessaire (conversion d’unités)
en justifiant vos calculs.
Procéder au calcul numérique en dernier .(calculatrice)
Ne pas garder dans le résultat plus de chiffres significatifs que celle des données qui en possède le moins .(Voir fiche spéciale n° 3 )
Analyser le caractère plausible du résultat si possible .
Souligner ou encadrer le résultat .

EXEMPLE : V
 R
 P A B
 UPA UAB I

UPN A

 N C
Schéma proposé Schéma complété 1,5 pts
ENONCE : Le circuit ci dessus est alimenté par un générateur de tension de 12 , 0V
La tension aux bornes de la diode est de 0,65 V et 0,00V pour l’ampèremètre .
On désire que l’intensité du courant ne dépasse pas 30 mA
1 ° Quelle valeur faut il donner à la résistance de protection ?
2° Quelle sera la puissance maximale a choisir pour cette résistance ? 0.25 W 0,5W , 1 W ou 2 W ?
Solution  rédigée: avec barème
1° Le montage étudié comprend une résistance ,une diode un ampèremètre montés en série . 0,5
La diode cst connectée à un voltmètre monté en dérivation qui mesure la tension à ses bornes.
Soient UPN ,UPA UAB ,les tensions aux bornes des 3 premiers appareils (générateur compris ; voir schéma) et I l’intensité commune traversant ces appareils .
La loi d’additivité des tensions me permet d’écrire UPN = UPA + UAB + UBC + UCN 0,5 + 0,5
D’ou je tire UPA = UPN- (UAB + UBC + UCN) 0,5
Or on sait que les tensions sont nulles aux bornes des fils conducteurs parcourus par le courant donc
UCN = 0,00V ce qui amène UPA = 12,0 –( 0,65+0,00+0,00) = 11,35 V 0,5

L’utilisation de la loi d’Ohm pour la résistance donne UPA= R*I d’ou je tire R = UPA / I 0,5 +0,5
I devant être exprimée en ampère nous aurons : I = 30mA = 30 * 10-3 A = 3 *10-2 A 0,5
ce qui permet enfin de calculer R : R = 11,35 / 3*10-2 = 11,35*10 2 / 3 = 1135 / 3 = 3,8*102 (.

2° La puissance consommée dans la résistance est donnée par la relation P = R *I 2 elle vaut : 0,5
P =3,8*102*(3*10-2)2 =3,8*102*9*10 - 4 = 0,34 W une résistance de puissance maximum 0,500W conviendra très bien pour cet usage .(Une puissance supérieure conviendrait également ) 0,5 + 0,5
REUSSIR UNE DEMARCHE LITTERALE EN SCIENCES PHYSIQUES Fiche n° 7

Il s’agit de trouver la solution en utilisant les notations littérales de l’exercice ou de la leçon ,les calculs utilisant les données numériques de l’énoncé ne devant être réalisés qu’en dernier.

Cette façon de faire est exigée en classe de seconde, elle permet à l’élève d’apprendre à réaliser des raisonnements faisant plus appel à l’abstraction. On ne raisonne plus sur des valeurs chiffrées mais
sur des notations littérales représentant les grandeurs .

ex si UPN = UPA + UAB +UBC+UCD+UDN on peut extraire UAB = UPN- (UPA +UBC+UCD+UDN)

ex si P = R*I2 on peut trouver R = P ou I 2 = P puis I = V P/R
I 2 R
ex si 1 = 1 + 1 on obtient 1 = R2 + R1 = R2 + R1 ce qui amène :
Re R1 R2 Re R1R2 R1R2 R1R2

Re = R1R2
 R1+ R2

ex en chimie :
énoncé : Quelle masse de soufre faut il ajouter à 100 g d’aluminium en poudre pour que les
réactifs aient disparus entièrement à la fin de la réaction ? ( pour donner Al2S3 )
Masses molaires atomiques en g/mol : Al : 27,0 S : 32,1

Solution rédigée :
J’écris tout d’abord l’équation équilibrée de la réaction 2 Al + 3 S Al2S3 1pt
Il ne se forme qu’un seul produit : le sulfure d’aluminium.
Les coefficients stoechiométriques de la réaction ne sont pas égaux.
Je cherche la quantité de matière présente dans 100g d’aluminium soit nAl cette quantité.
On a nAl= mAl = 100 = 3,70 mol (3 chiffres significatifs) 0,5 + 0,5
MAl 27,0
L’équation de la réaction montre que nS = 3 n Al ( vérifions : 3 = 3 * 2 ). 0,5
2 2
La quantité de matière de soufre nécessaire sera donc nS = 3*3,70 = 5,55 mol. 0,5
 2
Et la masse de soufre a peser sera : mS =nS MS = 5,55 * 32,1 = 178 g 0,5 + 0,5



La réaction ne fournissant qu’un seul produit, on peut utiliser la loi de Lavoisier pour vérifier
le résultat :il doit y avoir conservation de la masse .La quantité de matière de sulfure d’aluminium formé est de nAl*1/2 =1,85 mol .La masse correspondante mAl2S3 = nAl2S3*MAl2S3
soit 1,85(27,0*2+32,1*3)=1,85*150,3=278 g. Cette masse est bien la somme des
masses des réactifs utilisés.

On a noté les résultats avec trois chiffres significatifs comme dans les données.
Les démarches littérales apparaissent en gris. Elles sont obligatoires.
L’équation équilibrée est à la base de toute justification :il faut absolument l écrire correctement.
On a pensé à vérifier le résultat.
UTILISATION DE LA CALCULATRICE EN SCIENCES PHYSIQUES Fiche n° 4


TEXAS INSTRUMENT : TI 82
nombre Pi taper Pð .
Nombre de décimales affichées (format) MODE FLOAT 0123456789 sélection puis enter
(Possibilité de limiter le nombre de chiffres significatifs si on a choisi l’affichage en mode scientifique
Touche MODE : choisir SCI
Unités degré, radian MODE Radian Degree puis ENTER
Fonctions trigonométriques :et fonctions inverses : VERIFIER L’UNITE AVEC MODE
ex SIN 30 enter donne 0,5 INV : 2nd sin –1 0.5 enter donne 30°
LOG 2 enter donne 0.3 INV : 2nd LOG 0.3 enter donne 2 (1.999)
ou 2nd 10x 0.3 donne 2
PUISSANCE DE DIX :
2nd 10 x 2 enter donne 100 touche « 10 puissance x »
ou 10 ^ 2 enter donne 100 opérateur ^ « puissance »
PUISSANCE D’UN NOMBRE :
x-1 équivaut à 1/x : ex 2 puis x-1 enter donne .500 comprendre 0.500
x2 x^2 ex 2 puis x2 enter donne 4
xn taper x^n ex 3 ^ 5 enter donne 243 pour 3 à la puissance 5
Racine n ième ex 243 ^ 0.2 donne 3 ou 243 ^ 1/5 donne 3
Racine carrée ex 25^0.5 donne 5.000 (soit 5 )
NOTATION SCIENTIFIQUE : (avec mode Sci et Float 3 par ex)
Si on est en mode NORMAL ex on tape 0.0004 elle affiche 4.000 E - 4 (4*10-4)
ex 0.009 0.009
ex 0.0095
ex 0.095 0.095
Si on choisit le MODE SCIENTIFIQUE
ex 0.0095 9.500 E -3 (9.5*10-3)
0,0004 peut se taper 4*10^ - 4
ou 4 2nd EE (-) 4 (EE en bleu et le (-) du pavé numérique.
Remarque : Le mode INGENIEUR ou ENG donne des puissances de 10 avec des exposants multiples de 3 affectés éventuellement du signe –

Différences pour une CASIO 
















REVOIR LE COURS ET LES T P ET ETUDIER SA LECON Fiche n° 1

En Sciences on s’appuie toujours sur l’expérience . Tout ce que l’on énonce concernant les comportements des
phénomènes physiques ou chimiques (les lois ou les principes) est vérifié par l’expérience .
Il est donc fondamental de bien chercher à retenir et comprendre ce que l’on cherchait en réalisant une expérience
ou une séance de travaux pratiques . Le professeur interrogera comme faisant partie intégrante de
la leçon . Il a tord et devra très vite se rendre compte que la séance de TP lui permet de découvrir un comportement
physico chimique ou encore de le vérifier lorsque ce dernier a été signalé en cours .

Les phénomènes physiques sont parfois complexes . Toutefois en classe de quatrième, troisième, et seconde on
ne découvre que des comportements relativement simples .
Pour étudier ces phénomènes le physicien qui doit « mesurer » définit des GRANDEURS physiques puis leurs
attribue une UNITE et invente des INSTRUMENTS de mesure de ces grandeurs quand cela est possible .
Il va falloir apprendre à éviter les confusions entre certaines grandeurs , unités et instruments .

exemple : voici quelques grandeurs physiques étudiées au lycée
GRANDEUR NOTATIONUNITESYMBOLEINSTRUMENTTENSION  UAB VOLT V VOLTMETREINTENSITE I AMPERE A AMPEREMETRERESISTANCE R  OHM Wð OHMMETREPERIODE T SECONDE s OSCILLOSCOPEFREQUENCE N HERTZ Hz FREQUENCEMETREINTENSITE de FORCE F NEWTON N DYNAMOMETREVITESSE v  mètre par seconde m/sLONGUEUR D ONDE lð ð ð mètre mNiveau sonore LdB  décibel dB Décibelmètre ou sonomètre
Il faudra s efforcer de réaliser au fur et à mesure des chapitres un tableau comme celui la pour essayer de mieux
les retenir .
D’autre part il faudra ne pas oublier d’apprendre les définitions précises de chacune des nouvelles grandeurs
physiques . (Pour mieux éviter les confusions) Elles pourront être recopiées sur la feuille « tableau résumé »
Une leçon ne peut être apprise par cœur .Même si certains éléments de la leçon doivent êtres retenus par cœur ,
il faudra en général toujours chercher à bien comprendre quel était l’objectif de cette leçon .
(Relire les conclusions du chapitre dans le livre par exemple .Essayer de répondre aux questions des rubriques « faire le point », « vrai faux » et » QCM » de la feuille d’exercice .)

La représentation symbolique va prendre une place de plus en plus importante en seconde
Il faudra apprendre à représenter correctement les symboles étudiés .

Si un phénomène physique faisant intervenir plusieurs grandeurs se traduit par une relation simple
entre ces grandeurs ,cette relation (simple ou pas) est appelée une LOI PHYSIQUE .
Voici quelques unes des lois physiques que nous découvrirons .
UAB = R * I ou loi d’Ohm pour une résistance
UAM = UAB + UBC + UCD+ UDM ou loi d’additivité des tensions pour une portion de circuit en série.
UAB=UA’B’ ou loi d’unicité de la tension pour des branches dérivées
I= I1+I2+I3 ou loi d’additivité des intensités ou loi des nœuds

Chaque loi devra être associée à un schéma concernant la situation générale pour laquelle elle s’applique.
Les unités utilisées seront toujours mémorisées en même temps : exemple
pour la loi d’Ohm , on retient les trois unités Volt , Ohm , et Ampère avec UAB = R * I
Il faudra bien sur savoir « manipuler » les grandeurs intervenant dans une loi pour en rechercher une si les
autres sont connues ex R = UAB / I (voir les conseils sur le calcul littéral sur la fiche n° 7 )

ON SUIVRA LES CONSEILS INSCRITS SUR LE DEBUT DE LA FICHE « PHYSIQUE CHIMIE au Lycée »
IL FAUT SAVOIR QUE L’ON NE PEUT SERIEUSEMENT CHERCHER LES EXERCICES QUE SI L’ON A ETUDIE
ET COMPRIS LA LECON.
LA RECHERCHE D’EXERCICES PERMET DE VOIR SI ON MAITRISE LA COMPREHENSION DE LA LECON L’UTILISATION DE LA DEMARCHE LITTERALE ET DU CALCUL

NE JAMAIS OUBLIER QUE C’EST PAR UN EFFORT REGULIER QUE L’ON PROGRESSE
NE PAS SE DECOURAGER ET NE PAS HESITER A DEMANDER CONSEIL AU(X) PROFESSEUR(S)
VOIR LES CONSEILS QUI SONT DONNES DANS LE LIVRE .
SOLUTION : REUSSIR LES CHANGEMENTS D’UNITES Fiche n° 10

42 mV4,2*10-2 V42 mV4,2*10-5 kV0,15A150 ou 1,5*10 2 mA1,5*105 mðA2653mA2,653 A2,653*10-3 kA0,0024 kA2,4 A2400 ou 2,4*103 mA2,4*106 mðA265mðA2,65*10-4 A0,265ou2,65*10-1 mA2,75 kWð2750 ou 2,75*103 Wð3mm0,3 ou3*10-1 cm3*10-2 dm3*10-3 m0.35 dm35 mm3,5*104 mðm3,5*10-2 m740 nm7,4*10-7 m7,4*10-4 mm7,4*10-1 ðmðm38,5 mm23,85*10-5 m23,85*10-3 dm 21,27 dm 2127 ou1,27*102 cm 21,27*104 mm21,27*10-2 m260 cm 36*10-2 dm 36*10-5 m37,8 g/cm37,8*103 g/dm37,8 kg/dm37,8*103 kg/m313600 kg/m313,6 ou 1,36*101 kg/L1,36*104 g/dm313,6 g/cm375 km/H20,83 m/s1,8*106 m/jour6,57*105 km/an
SOLUTION : EXERCICE NOTATION SCIENTIFIQUE

0,00125584,2085 624,120,080,000 000 25120 00052,2*10-340,81,25*10-35,8420*1028,562412*1048*10-22,5*10-71,20000*1055,22*10-24,08*10135712633
2,4500*10 46,4*10*-24,8 E 42,25 E-68,80 *1025*10 17,4*10-9850*10-9245000,0644,8*1042,25*10-6880500,000 000 00740,000 000 85052233223
SOLUTION : EQUILIBRER UNE EQUATION CHIMIQUE 
2 H2 + O2 ( 2 H2O
3 H2 + N2 ( 2 NH3
4 Fe + 3 O2( 2 Fe2 O 3
3 Fe + 2 O2 ( Fe3O4
2 Fe + 3 Cl2 ( 2 Fe Cl 3
O2 + 4 HCl ( 2 H2O + 2 Cl 2
2 H2S + SO2 ( 3 S + 2 H2O
C3H8 + 5 O2 ( 3 CO2 + 4 H2O
2 C4 H10 + 13 O2 ( 8 CO2 + 10 H2O
Pb 2+ + 2 I- ( Pb I2
Al 3+ + 3 OH- ( Al (OH)3
(NH4)2SO4 ( 2 NH4+ + SO4 2-
Na2O + H2O ( 2 Na + + 2 OH –
Al 3+ + 3 e - ( Al
2 S2O3 2- ( S4O6 2- + 2 e –

NOMBRE DE CHIFFRES SIGNIFICATIFS DANS UN RESULTAT Fiche n°3

Les résultats obtenus en sciences physiques proviennent en général de mesures réalisées à l’aide
d’appareils .Ces appareils ne sont pas parfaits et compte tenu de ces imperfections un résultat
doit être plus correctement donné par un « encadrement » qui tient compte de l’incertitude de
la mesure .(Celle ci étant fonction de la qualité de l’appareil et pour des appareils à aiguille , de
l habilité du manipulateur à la lecture )
Pour la mesure de l intensité I on notera DðI l incertitude (absolue) de mesure sur I
On peut affirmer que la valeur exacte de I est comprise entre I-DðI et I+DðI
 I - DðI *
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