Fiche de prolongement en classe
Physique du parc N2 — fiche de prolongement en classe (2e année des humanités scientifiques)
Physique du parc — niveau 2 · Version du 7 septembre 2026
Ce que la classe rapporte du parc
- Les carnets visés par station : lectures du compresseur, seringue, calorimétrie, banc d'optique, polarisation, pile Daniell, plaque de la batterie.
- La fiche « données du parc » du jour : valeurs de plaque du moteur, volume du réservoir, distance projecteur-écran, largeur de matrice, modèle des lunettes 3D, capacité de la batterie, puissance du cinéma.
Le prolongement s'organise en une leçon de suivi de 45 minutes, une évaluation et trois séances facultatives (une par module).
Leçon de suivi (45 minutes) — « Trois machines, trois modèles »
Objectif : faire écrire, pour chaque station, le modèle physique utilisé et ses conditions de validité, puis rédiger le compte rendu choisi.
| Minutage | Activité | Support |
|---|---|---|
| 0-10 min | Tableau à trois colonnes au tableau : machine (compresseur, projecteur, batterie) / modèle (gaz parfait, lentille mince, pile) / condition de validité (T connue en kelvins et pression absolue ; objet réel au-delà de F ; circuit fermé par le pont salin). Les élèves complètent à partir de leurs carnets | Tableau, carnets |
| 10-25 min | Par binôme : exploitation graphique du TP choisi — droite p = f(1/V) qui doit passer par l'origine, ou construction à l'échelle de l'image du projecteur (matrice ℓ, OA, f'), ou tableau f.é.m. mesurée / théorique avec écart relatif | Papier millimétré, règle |
| 25-40 min | Rédaction du protocole et de l'exploitation du compte rendu (une page) | Modèle de compte rendu |
| 40-45 min | Mise en commun : « qu'est-ce que la machine réelle ne fait pas comme le modèle ? » (échauffement adiabatique, pertes du calorimètre, aberrations de l'objectif, résistance interne) | Tableau |
Évaluation (devoir surveillé de 50 minutes, sur 20)
Les données sont celles de la fiche du jour : chaque question est un exercice type examen sur une valeur réellement lue.
- Thermodynamique du compresseur (7 points). Le réservoir contient V litres d'air à la pression relative p₂ et à la température θ₂ (valeurs du jour). (a) Calculer n puis la masse d'air. (b) L'air se refroidit jusqu'à θ₃ à volume constant : pression finale p₃ = p₂_abs × T₃/T₂ (kelvins) ; comparer à la lecture du manomètre 5 minutes après. (c) Quelle quantité de chaleur faut-il évacuer pour ramener cette masse d'air de θ₂ à θ₃ (c_air ≈ 1,0 J/(g·°C)) ? Pourquoi le compresseur a-t-il des ailettes et un ventilateur ?
- Optique (7 points). (a) Construire à l'échelle l'image de la matrice de largeur ℓ placée à OA de l'objectif de focale f' ; retrouver OA' et le grandissement, comparer à D et L mesurés. (b) De combien faut-il déplacer l'objectif pour projeter net sur un écran à 12 m au lieu de 10 m ? (c) Schéma des deux projecteurs et des lunettes : expliquer pourquoi l'écran doit être argenté.
- Chimie (6 points). (a) Écrire la pile Daniell en notation conventionnelle et les demi-équations. (b) Quantité d'électricité fournie par la consommation de 1,0 g de zinc : Q = n × 2 × F ≈ 2 950 C ; durée de fonctionnement à 0,10 A (≈ 8,2 h). (c) Avec la capacité lue et la puissance du cinéma, retrouver l'autonomie d'un bloc ; pourquoi ne décharge-t-on pas une batterie au plomb au-delà de 50 % ?
Barème par compétence : S'approprier 4, Réaliser 6, Valider 6, Communiquer 4 ; report des niveaux 1 à 4 de la grille du kit.
Séance facultative A — Énergie et rendement du compresseur (50 minutes)
Puissance de plaque × durée de recharge = énergie électrique consommée ; comparer à la chaleur évacuée calculée en évaluation et à l'énergie de compression stockée. Discuter du rendement et du coût : avec le tarif en FC/kWh de la fiche, combien coûte une journée de 20 recharges ? Combien de tickets de stand faut-il vendre pour le payer ?
Séance facultative B — Optique ondulatoire en avance (50 minutes)
Polarisation linéaire et circulaire : schéma des deux projecteurs, des filtres et des lunettes ; expliquer pourquoi pencher la tête dégrade le relief avec une polarisation linéaire et pas avec une polarisation circulaire ; lien avec les lunettes de soleil polarisantes et les reflets sur le fleuve. Prolongement vers HS4-PHY-ONDES-SON-DOPPLER.
Séance facultative C — Corrosion à Kinshasa (50 minutes)
Relier l'oxydoréduction à la rouille des structures métalliques du parc et de la ville (humidité, pluies d'octobre à mai) ; protections par peinture, zingage, anode sacrificielle. Petite expérience : clou dans l'eau du robinet, clou dans l'eau salée, clou enroulé de zinc, observation sur une semaine.
Suite du parcours
Physique du parc N3 en 3e année : puissance des moteurs lue sur le tableau de la Grande Roue, induction sur alternateur ouvert, capteurs et automatismes du Carrousel et des portiques.
Sources programme : HS2-PHY-CHALEUR-GAZ, HS2-PHY-OPTIQUE-GEOMETRIQUE, HS2-CHI-OXYDOREDUCTION-PILES, HS2-MAT-TRIGONOMETRIE-CIRCULAIRE-ESPACE, HS2-ELE-ELECTROMAGNETISME-MOTEURS.
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