FICHE 1 Fiche à destination des enseignants TP 4

(1)

Fiche à destination des enseignants TP 4

^ème

C 2

VOLUME ET MASSE DE L’AIR

Type d'activité

Démarche d'investigation liée à l'expérimentation

Programme Connaissances

Masse d'un volume donné de gaz

Capacités

Utiliser correctement les notions de masse et de volume sans les confondre, utiliser les unités correspondantes

Retenir que 1 L = 1 dm3 et que de même 1 mL = 1 cm3

Retenir l'ordre de grandeur de la masse d'un litre d'air dans les conditions usuelles de température et de pression

Socle commun de connaissances et de compétences [Pilier 1]

Rédiger une courte explication d’un phénomène [Pilier 3]

Evaluer mentalement un ordre de grandeur du résultat avant de se lancer dans un calcul Mesurer une masse

Calculer un volume

Effectuer des conversions d'unités relatives aux grandeurs étudiées

Suivre un protocole donné (suivre un programme, réaliser un montage à partir d'un schéma, utiliser un appareil de mesure)

Mesurer (lire une mesure, estimer la précision d'une mesure, optimiser les conditions de mesure)

Calculer, utiliser une formule

Proposer une méthode, un calcul, une expérience (protocole), un outil adapté; faire des essais(choisir, adapter une méthode, un protocole)

Contrôler, exploiter les résultats (confronter le résultat au résultat attendu ; valider ou invalider la conjecture, l'hypothèse ; estimer la précision d'une mesure)

Présenter une observation, une situation, un résultat, une solution sous une forme appropriée (exprimer un résultat, une solution, une conclusion par une phrase correcte ; exprimer le résultat d'une mesure, d'un calcul)

[Pilier 6]

Défendre son point de vue en argumentant

[Pilier 7]

Sélectionner, analyser l’information utile

Distinguer ce dont on est sûr de ce qu’il faut prouver Commentaires Cette activité illustre la rubrique :

A- « De l’air qui nous entoure à la molécule » Volume et masse de l’air

De la classe de Quatrième.

Conditions de mise en oeuvre

Durée : Deux séances d'une heure environ

Suivant le matériel disponible, des groupes de 2 à 4 élèves seront formés.

Matériel nécessaire :



1

^ère

séance : plusieurs ballons de basket bien gonflés, des balances à plateau ou électroniques, des bouteilles en plastique vides munies de leur bouchon, des seringues avec possibilité de fermer les embouts, et quelques pompes pour bicyclette.



2

^ème

séance : par groupe, un ballon bien gonflé, une balance électronique, un cristallisoir

rempli d'eau, une bouteille en plastique de capacité 2 L, un tuyau en plastique muni d'une

aiguille pour valve.

(2)

FICHE 2

Texte à distribuer aux élèves

TP 4

^ème

C 2

VOLUME ET MASSE DE L’AIR 1

^ère

séance

But : On cherche à savoir si l'air a une masse.

1

^ère

partie

1) D'après vous, l'air a-t-il une masse ? Justifiez votre réponse.

2) Proposez une expérience réalisable en classe, avec le matériel disposé sur la paillasse du professeur, qui permettrait de vérifier votre hypothèse.

3) Schématisez l'expérience.

4) Réalisez l'expérience.

2

^ème

partie

Reproduisez dans le tableau suivant les différents schémas proposés.

groupe 1 2 3 4

Schéma

Accepté ou refusé car :

Entourez en rouge le schéma d'expérience retenu par la classe après discussion.

3

^ème

partie

Réalisez cette expérience et en déduire si l'air a une masse.

4

^ème

partie

(3)

2

^ème

séance

But : On veut déterminer la masse d'un litre d'air puis en déduire la masse d'air que contient la salle de classe.

1

^ère

partie

1) D'après vous, quel est l'ordre de grandeur de la masse d'un litre d'air ?

2) On se propose de recueillir un volume de deux litres d'air.

Matériel disponible : un ballon bien gonflé, un cristallisoir rempli d'eau, une bouteille de contenance 2 L, un tuyau souple muni d'une aiguille pour valve.

Réfléchissez à une expérience possible et schématisez-la :

2

^ème

partie

1) A votre avis, est-il plus pertinent de mesurer la variation de masse du ballon ou bien celle de la bouteille après transfert de ces 2 L d'air ? Justifiez votre réponse.

2) Discussion collective sur les réponses émises.

3) Mesurez la masse du ballon avant transfert des 2 L d'air : m

1

= ……….

4) Réalisez ce transfert.

5) Mesurez la masse du ballon après transfert de l'air : m

2

= ……….

6) Déduisez-en la variation de masse du ballon : var (m) = …………..

7) Déterminez la masse des 2 L d'air récupérés dans la bouteille : m(

2 L

) = …………

8) Déduisez-en la masse d'un litre d'air dans les conditions de température et de pression de la salle : m(

1 L

) = …………

3

^ème

partie

On voudrait maintenant estimer la masse totale de l'air de la salle de classe.

1) Selon vous, peut-on estimer le volume d'air que contient la salle ? Proposez une méthode.

2) Effectuez les mesures des dimensions de la salle.

3) Calculez le volume de l'air de la salle.

4) Calculez la masse totale de l'air contenu dans la salle.

5) Que pensez-vous de ce résultat ?

6) En regard de la configuration de la salle (mobilier présent, nombres d'élèves, ...), la masse d'air

présente est-elle surestimée ou bien sous-estimée ? Justifiez votre réponse.

(4)

FICHE 3

Correction. Fiche à destination des enseignants TP 4

^ème

C 2

VOLUME ET MASSE DE L’AIR 1

^ère

séance

1

^ère

partie

Situation - problème

L'air a-t-il une masse ? Phase d'appropriation

On effectue un sondage et on demande aux élèves de justifier leur point de vue.

Conjectures et hypothèses

Les élèves travaillent par groupe de deux à quatre élèves. Chaque groupe propose une expérience en tenant compte du matériel disponible sur la paillasse du professeur.

Investigation – résolution du problème

De nombreux groupes ont tendance à vouloir gonfler immédiatement le ballon et ensuite à le peser.

Il est préférable de laisser les élèves se tromper un certain temps et de les laisser se corriger eux- mêmes.

2

^ème

partie

Echanges argumentés

Toutes les hypothèses proposées sont reproduites au tableau.

Les élèves réfléchissent à la validité de chaque expérience en expliquant pourquoi certaines sont écartées.

1

^ère

situation possible : Une expérience est retenue par la classe.

2

^ème

situation possible : Plusieurs expériences (même non probantes) sont retenues ; on laissera les groupes réaliser l'expérience de leur choix.

3

^ème

partie

Les élèves demandent le matériel nécessaire pour leur expérience, et la réalisent au sein de leur groupe.

4

^ème

partie

Le professeur recueille à l'oral les conclusions des différents groupes, organise un débat et aide le groupe-

classe à élaborer une conclusion commune.

(5)

1

^ère

partie

Situation problème et phase d'appropriation

Le professeur revient sur la conclusion de la séance précédente : L'air a une masse ! On demande aux élèves comment déterminer la masse d'un litre d'air.

A l'oral, les élèves reformulent le problème (corriger la confusion éventuelle entre la masse et le volume).

Conjectures et hypothèses

Les élèves travaillent par groupe de 2 à 4 élèves. Chaque groupe propose une expérience en tenant compte du matériel disponible.

Investigation – résolution du problème

On peut s'appuyer sur les élèves qui se souviennent de l'expérience de Cinquième consistant à récupérer un gaz par déplacement d'eau.

2

^ème

partie

Echanges argumentés

L'expérience correcte ayant été trouvée, les élèves réfléchissent aux mesures de masses à effectuer.

Acquisition et structuration des connaissances

Les élèves schématisent puis réalisent l'expérience trouvée.

Ils effectuent les mesures et en déduisent la masse d'un litre d'air.

3

^ème

partie

On demande aux élèves les mesures à effectuer dans la salle de classe pour accéder à son volume et par conséquent au calcul de la masse d'air totale qu'elle contient.