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Bac PC (Physique-Chimie): Compétences expérimentales et démarche scientifique

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Compétences expérimentales et démarche scientifique

Ce domaine évalue la capacité à concevoir, réaliser et critiquer une mesure : choix de la verrerie, protocole, sécurité, estimation d'incertitude, exploitation graphique et confrontation à une valeur de référence. Au Bac, ces compétences se jugent autant sur la copie écrite que lors de l'épreuve expérimentale : une valeur numérique sans unité ni incertitude ne rapporte pas les points attendus.

Mesurer et chiffrer l'incertitude

  • Incertitude de type A (dispersion de n mesures) : u = s/√n, où s est l'écart type expérimental.
  • Incertitude de type B (appareil, lecture) : u = a/√3 avec a demi-étendue de la distribution supposée uniforme.
  • Composition : les incertitudes indépendantes s'ajoutent quadratiquement, u = √(u₁² + u₂²).
  • Écriture du résultat : valeur ± U avec U = 2u (niveau de confiance ≈ 95 %), et chiffres significatifs cohérents entre valeur et incertitude.
  • Verrerie : fiole jaugée et pipette jaugée sont précises ; l'éprouvette graduée ne l'est pas. La dilution se fait en versant l'acide dans l'eau.

Démarche et exploitation

  • Formuler une hypothèse testable, définir les grandeurs mesurées, répéter les mesures, prévoir un témoin.
  • Mesurer une durée de plusieurs périodes puis diviser réduit l'incertitude relative.
  • Exploiter : régression linéaire, coefficient de détermination, comparaison de l'écart normalisé |x − x_ref|/√(u² + u_ref²) à 2.

Exemple rédigé

Pendule simple de longueur l = 0,670 m ± 0,005 m. On chronomètre 10 oscillations : 16,4 s ± 0,2 s. Donc T = 1,64 s avec u(T) = 0,02 s. Le modèle donne T = 2π√(l/g) = 2π√(0,670/9,81) = 1,64 s. L'écart est nul, le modèle est validé. Attention : la longueur se mesure du point de fixation au centre de masse du solide, pas au bord inférieur.

Pièges qui coûtent des points

  • Donner un résultat sans unité, sans incertitude, ou avec un nombre de chiffres significatifs absurde.
  • Oublier que l'incertitude d'une fiole jaugée est fournie par le fabricant et figure sur la verrerie.
  • Tracer une droite moyenne à la main au lieu d'une régression, ou extrapoler hors du domaine mesuré.
  • Conclure « c'est vérifié » sans comparaison quantitative à la valeur de référence.