dans un problème. Etape 1 : travail en classe entière sur les représentations des élèves.

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1 TRAVAUX PRATIQUES DE SCIENCES PHYSIQUES EN CAP DETERMINATION DE LA MASSE VOLUMIQUE D'UN SOLIDE UNITE " MECANIQUE 2" : Masse volumique d'un corps CETTE UNITE CONCERNE EN FORMATION LES SECTEURS 1, 2, 3 et 4. OBJECTIFS : Utiliser des appareils de mesure simples et du matériel de chimie. Déterminer la masse volumique d'un solide à partir de sa masse et de son volume. A partir de la masse volumique, identifier le matériau (corps pur). Utiliser la relation ρ = M V dans un problème. MATERIEL : (par groupe de deux élèves) Une éprouvette graduée Une balance électronique (peut être commune à la classe) Des objets faits dans la même matière,identifiés par les lettres A à H Des objets faits dans des matières différentes Eau Un pied à coulisse PROPOSITIONS PEDAGOGIQUES : Etape 1 : travail en classe entière sur les représentations des élèves. - On peut proposer une collection d objets dans des matières différentes de même volume mais de masses différentes. - On peut proposer une collection d objets dans des matières différentes de même masse mais de volumes différentes. - On peut proposer l observation d un verre doseur. Etape 2 : On aboutit à la question : «Existe-t-il un «lien» entre la masse et le volume d objets fait dans la même matière?» a) lien intuitif : «plus le volume est important plus la masse est importante» b) recherche d une relation pour formaliser ce lien. - On distribue des cylindres différents à chaque groupe d élèves et on demande de déterminer le volume selon deux méthodes puis la masse. - Manipulation par groupe. - On rassemble les résultats de toute la classe. - On demande aux élèves de représenter ces résultats dans un repère. (la masse en fonction du volume) - Réflexion avec toute la classe sur la position des points obtenus ( ils sont presque alignés) - Déduction du modèle mathématique à utiliser : fonction linéaire ; tableau de proportionnalité. - Le coefficient du tableau est la masse volumique désignée par la lettre ρ rhô. - Faire travailler les élèves sur «que représente ce coefficient?» REMARQUES : Cette séquence peut être réalisée en 2 heures. Même si elle ne fait pas partie du programme de formation des secteurs 5, 6 et 7, elle peut être intéressante pour ses applications dans l'unité "proportionnalité"; d'autre part, notons qu'elle nécessite très peu de matériel. 1

2 TP : CALCUL DE LA MASSE VOLUMIQUE D'UN SOLIDE A. Mesure expérimentale du volume d'un cylindre : 1. Mettre dans l éprouvette graduée un volume V 1 de 50 ml d eau. ( figure 1 ) Figure 1 : Figure 2 : V 1 V 2 2. Plonger le cylindre dans l'éprouvette. ( figure 2 ) 3. Lire en ml le volume V 2 indiqué sur l éprouvette graduée ( arrondir à l'unité ). V 2 = 4. Déterminer en ml puis en cm 3 le volume V occupé par le cylindre. Aide : vous pouvez utiliser le tableau de conversion des unités de volume,donné en dernière page. V = APPEL 1 : Appeler le professeur pour faire vérifier les manipulations et le résultat. B. Calcul du volume d'un cylindre : RAPPELS : Volume d'un cylindre : Hauteur h V= π h D2 4 Diamètre D 1. A l'aide d'un pied à coulisse, déterminer en cm le diamètre D du cylindre. D = 2

3 2. Déterminer en cm la hauteur h du cylindre. h = 3. Calculer en cm 3 le volume V du cylindre(arrondir le résultat au dixième ). V = APPEL 2 : Appeler le professeur pour la mesure de D à l'aide du pied à coulisse puis faire vérifier le calcul de V. C. Mesure expérimentale de la masse du cylindre : 1. Mesurer la masse du cylindre en grammes à l aide de la balance. M = 2. Ranger le matériel. APPEL 3 : Appeler le professeur pour faire vérifier le rangement et la propreté du plan de travail.. D. Exploitation des résultats : 1. L'erreur maximale tolérée entre le volume trouvé expérimentalement à la question A-4 et le volume calculé à la question B-3 est de 1 cm 3. Les résultats trouvés sont-ils en accord avec ceci? Justifier. Par la suite, on utilisera le volume trouvé à la question A Compléter le tableau avec les résultats de toute la classe Objets A B C D E F G H Volume en cm 3 Masse en g 3

4 Echelles : 3. Représenter graphiquement la masse en grammes en fonction du volume en centimètres cubes. Conclusion 4

5 Quelques masses volumiques en g/cm 3 : Aluminium 2,7 Platine 21,5 Fer et aciers 7,3 à 7,8 Argent 10,5 Cuivre 8,9 Or 19,3 Laiton 8,6 Bois 0,7 Plomb 11,4 E - Exercices d application a) On détermine le volume d'un échantillon de calcaire par la méthode de l'éprouvette graduée. Le volume de l'eau dans l'éprouvette est de 187 cm 3. Après immersion du calcaire, on lit un volume de 251 cm 3. La masse de l'échantillon est de 142 g. Quelle est la masse volumique de cet échantillon? b) Un escroc propose de placer de l argent sous forme de lingots d or qui ne sont en fait que des lingots de plomb recouverts d une couche d or. Un lingot a pour dimensions 15 cm x 5 cm x 4 cm. Comment prouver que de tels lingots sont faux sans les fondre? c) Un cube de métal de 5 dm d arête a une masse de 1112,50 kg. Ce cube est-il en fer, en cuivre ou en argent? d) La masse volumique de l'argent est de 10,5 g/cm 3. - Exprimer cette grandeur en kg/cm 3. - Quelle est,en kg, la masse d'un objet en argent dont le volume est 1 cm 3? - Quelle est,en kg, la masse d'un objet en argent dont le volume est 1000 cm 3? - Quelle est,en kg, la masse d'un objet en argent dont le volume est cm 3? - Exprimer alors la masse volumique de l'argent en kg/ m 3. m 3 dm 3 cm 3 mm 3 L dl cl ml 5

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