Diff_processus_D13_univers.doc
Cycle 4. Aborder les différentes unités de distance et savoir les convertir.
Compétence ... Sujet proposé aux élèves, le travail est individuel (45 min): ....
Méga. kilo. unité. milli. micro. nano. symbole. G. M. k. m. µ. n. valeur. 109. 106. 10
3. 1. 10-3.
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PHYSIQUE-CHIMIE
Cycle 4Domaine 1 : LES LANGAGES POUR PENSER ET COMMUNIQUER
Comprendre, sexprimer en utilisant les langages mathématiques et scientifiques
DESCRIPTIF DE LA DEMARCHE
THEME :
Organisation et transformations de la matière
ATTENDU DE FIN DE CYCLE :
Décrire lorganisation de la matière dans lUniversCycle 4Aborder les différentes unités de distance et savoir les convertirCompétence travaillée : Passer dune forme de langage scientifique à une autreIntention pédagogique : Trouver la valeur dune année lumière en respectant les règles de rédaction dun calcul en sciencesPistes de différenciation : Différenciation de processus : des aides sont proposées selon les difficultés rencontrées par les élèvesSources :Vidéo : HYPERLINK "https://www.youtube.com/watch?v=q4GTF-x6Cb0" https://www.youtube.com/watch?v=q4GTF-x6Cb0
HYPERLINK "http://etab.ac-poitiers.fr/coll-jules-michelet-angouleme/IMG/pdf/fiche_presenter_calcul.pdf" http://etab.ac-poitiers.fr/coll-jules-michelet-angouleme/IMG/pdf/fiche_presenter_calcul.pdf AuteurJérôme HEURTEBIZE Collège Choiseul AMBOISE (37)
EVALUATION DIAGNOSTIQUE
Lors dune activité sur des calculs de vitesses moyennes des planètes dans le système solaire, jai fait le constat quun nombre non négligeable de mes élèves éprouvait des difficultés dès quil était nécessaire dutiliser loutil mathématique. Ces difficultés peuvent être de lordre des processus opératoires (retrouver une expression littérale, convertir un temps) ou de la communication (respect des consignes de présentation). Il mest apparu nécessaire de reprendre ce type dactivité en fournissant différentes aides selon le profil des élèves. Ces aides se présentent dune part sous forme de fiche-méthode travaillée dans le cadre de lAP et utilisable si besoin par les élèves, et dautre part sous forme de guide de résolution pour ceux qui se retrouvent bloqués dans une étape de résolution.
SEANCE
Prérequis :
Relation entre distance, vitesse et temps
Puissance de 10
Vitesse de la lumière dans le vide
Durée : 1h20
Introduction :
En début de séance, introduction de lactivité avec un extrait de vidéo sur la HYPERLINK "https://www.youtube.com/watch?v=q4GTF-x6Cb0" vitesse de la lumière ( HYPERLINK "https://www.youtube.com/watch?v=q4GTF-x6Cb0" https://www.youtube.com/watch?v=q4GTF-x6Cb0 ) (jusquà 9 min 45s), la notion dannée lumière est évoquée à la fin de lextrait. En commentant la vidéo avec les élèves, on établit que lannée lumière est une unité de distance qui correspond à la distance parcourue par la lumière en un an dans le vide et on rappelle que c = 300 000 km/s
Sujet proposé aux élèves, le travail est individuel (45 min):
Déterminer la valeur dune année lumière en kilomètre
en respectant les consignes de présentation dun calcul.
Pour la résolution de cette activité, les élèves ont la possibilité dutiliser les fiches-méthode travaillées en amont en classe.
Dautre part, des aides sont disponibles pour guider les élèves les plus en difficultés, à leurs demandes ou proposées par le professeur. Elles sont rédigées à partir des erreurs relevées lors de lévaluation diagnostique.
Aide n°1 : Lunité de vitesse est le km/s (kilomètre par seconde). Peux-tu retrouver, à laide de lunité de mesure de la vitesse, la relation mathématique reliant vitesse moyenne, distance et temps ?
(Il a été vu en classe que lon peut retrouver des relations mathématiques simplement par « analyse dimensionnelle »)
Aide n°2 : Lannée-lumière est une distance, comment peut-on modifier la relation mathématique de la vitesse pour calculer une distance ?
Aide n°3 : La vitesse de la lumière est exprimée en km/s. Combien y-a-t-il de seconde dans une année ? Quelle est la distance parcourue par la lumière pendant tout ce temps ?
Enfin, pour les élèves les plus rapides et demandeurs, jai prévu deux questions supplémentaires :
La distance moyenne entre la Terre et le Soleil est denviron 150 x 106 km. Calculer le temps nécessaire pour que la lumière fasse ce trajet.
Dans la vidéo, il est dit que « plus nous regardons loin, plus nous remontons loin dans le temps ». Que cela signifie-t-il ? (Possibilité dévaluer ces élèves sur la compétence « sexprimer à lécrit »)
Correction et autoévaluation (25 min) :
On fait le point sur les difficultés rencontrées, les éventuels écarts de valeurs obtenues par les élèves (certains prendront pour un an 365 jours, dautres 365,25 jours
). Une correction numérique (voir fin de ce document) est disponible sur lENT avec une grille dauto-évaluation.
Pour finir la séance, on discute de la phrase « plus nous regardons loin, plus nous remontons loin dans le temps » (si le temps le permet, demander aux élèves ayant travaillé sur la question supplémentaire de lexpliquer à leur camarades).
Commentaires :
Ce travail sur la présentation du calcul littéral sera à nouveau abordé avec la relation poids-masse et les lois de lélectricité... Le but étant que les élèves acquièrent des automatismes de rédaction, quils remarquent les analogies de résolution avec des relations différentes et quils puissent, en fin de cycle, faire ce type dexercice sans utiliser daide.
Fiche-méthode : Manipuler une relation mathématique
En sciences, il est souvent demandé de trouver une grandeur physique à partir dune loi ou dune relation mathématiques, comment manipuler ces expressions ?
Par exemple, la relation mathématique reliant la masse volumique QUOTE , la masse QUOTE et le volume QUOTE est :
Cette relation permet dobtenir la masse volumique QUOTE , mais comment peut-on déterminer une masse ou un volume à partir de cette relation ?
Je manipule algébriquement cette expression pour « isoler » QUOTE ou QUOTE . Jobtiens alors :
Si je ne suis pas à laise avec les lettres, je compare ma relation mathématique avec une fraction simple.
On compare QUOTE à QUOTE
En modifiant la fraction je peux retrouver les deux expressions
Fiche-méthode : Comment présenter un calcul en sciences physiques ?
Voici un exemple d'exercice nécessitant un calcul :
Un élève possède un sac à dos comprenant un livre, un classeur de masse mclasseur= 210 g et une trousse de masse mtrousse= 53 g. Le sac à dos vide a une masse msac= 0,4 kg. Lorsque que ce sac est rempli avec le livre, le classeur et la trousse, le sac à dos plein possède alors une masse mtotale= 768 g.
Quelle sera la masse exprimée en kilogrammes du livre que possède cet élève ?
Etapes :Exemple :Je repère les données de l'énoncé avec leurs unités et au besoin, je leur attribue une lettre comme symbole.(Ici, un symbole a déjà été attribué à toutes les données de l'énoncé)
mclasseur= 210 g ; mtrousse= 53 g ; msac= 0,4 kg ; mtotale= 768 gJe convertis les données de l'énoncé dans les unités du système international (ou s'il s'agit du même type de données dans la même unité ou dans l'unité demandée pour l'expression du résultat du calcul).(Ici, il ne s'agit que de masse, même type de données, et on convertit toutes les données de l'énoncé dans la même unité qui est ici lunité demandée pour l'expression du résultat du calcul)
mclasseur= 0,210 kg ; mtrousse= 0,053 kg ; msac= 0,4 kg ; mtotale= 0,768 kgJe repère la grandeur que je dois calculer et au besoin, je lui attribue une lettre comme symbole. (Ici, la grandeur à calculer est la masse du livre)
Soit mlivre la masse du livre que possède cet élève. Je cherche dans mon cours une relation (ou une loi) où intervient la grandeur à calculer ainsi que les données de l'énoncé. On sait que la masse est une grandeur additive.
mtotale = msac + mlivre + mclasseur + mtrousseJe donne l'expression littérale de la grandeur à calculer en fonction des autres données c'est-à-dire que je cherche le calcul à faire mais avec les lettres.mlivre = mtotale - msac - mclasseur mtrousse Je pose l'application numérique c'est-à-dire que je remplace chaque lettre dans l'expression littérale précédente par sa valeur numérique .mlivre = 0,768 kg - 0,4 kg 0,210 kg 0,053 kg J'écris le résultat avec l'unité.mlivre = 0,105 kgJe fais une phrase-réponse pour annoncer le résultat.Cet élève possède un livre de masse égale à 0,105 kg.
En résumé, pour présenter un calcul en Sciences Physiques :
Je repère les données de l'énoncé et la grandeur à calculer.
Jécris la relation (ou loi) mathématique vue en cours, où intervient la grandeur à calculer.
Jexprime, à partir de cette relation, la formule littérale donnant la grandeur à calculer.
Je fais l'application numérique et jécris le résultat avec lunité.
Je fais une phrase-réponse pour annoncer le résultat.
Fiche-méthode : Convertir des unités
Préfixes et puissances de 10
multiplesGigaMégakilounitémillimicronanosymboleGMkmµnvaleur109106103110-310-610-9
Exemples :
1 kilogramme : 1 kg = 103 m = 1000 g
1 micromètre : 1 mm = 10-6 m = 0,000 001 m
1 Gigavolt : 1 GV = 109 V = 1 000 000 000 V
Unités de temps :
1 an = 365,25 jours1 jour = 24 heures1 heure = 60 minutes1 minute = 60 secondesExemples :
1 h = 60 min QUOTE 60 s = 3600 s
1 jour = 24 h QUOTE 60 min QUOTE 60 s = 86 400 s
Attention aux résultats décimaux !!!
1 h0,4 h60 min0,4 h QUOTE 60 min = 24 min1,4 h QUOTE 1 h 40 min !!!
1,4 h = 1 h + 0,4 h = 1 h + 0,4 h QUOTE 60 min = 1 h 24 min
365,25 jours = 365 jours + 0,25 jours QUOTE 24 h = 365 jours et 6 heures
Correction de lactivité : Lannée lumière
Déterminer la valeur dune année lumière en kilomètre en respectant les consignes de présentation dun calcul.
Je repère les données de l'énoncé et la grandeur à calculer :
Lannée lumière est une unité de distance qui correspond à la distance parcourue par la lumière en un an dans le vide. Dans les données jai le temps (t = 1 an) ainsi que la vitesse (c = 300 000 km/s), je cherche une distance.
Jécris la relation (ou loi) mathématique vue en cours, où intervient la grandeur à calculer :
QUOTE avec v en km/s, d en km et t en seconde
Jexprime, à partir de cette relation, la formule littérale donnant la grandeur à calculer.
QUOTE
Je fais l'application numérique et jécris le résultat avec lunité.
t = 1 an = 365,25 jours = 365,25 jours x 24 h x 60 min x 60 s = 31 557 600 secondes
v = c = 300 000 km/s
d = 31 557 600 s x 300 000 km/s = 9 467 280 000 000 km = 9,46728 x 1012 km
(selon les calculatrice, laffichage de la forme du résultat peut changer)
Je fais une phrase-réponse pour annoncer le résultat.
La distance parcourue par la lumière en 1 an est de 9 467 280 000 000 km
Est-ce que jai réussi à ? :
Retrouver lexpression d = v x tTout seulAvec la fiche méthodeAvec laide du professeurPas du toutTrouver le nombre de seconde dans une annéeTout seulAvec la fiche méthodeAvec laide du professeurPas du toutFaire lapplication numérique à laide de la calculatriceTout seulAvec la fiche méthodeAvec laide du professeurPas du toutRespecter les consignes de présentation du calculTout seulAvec la fiche méthodeAvec laide du professeurPas du toutCorrection de lexercice supplémentaire
La distance moyenne entre la Terre et le Soleil est denviron 106 km. Calculer le temps nécessaire pour que la lumière fasse ce trajet.
Je repère les données de l'énoncé et la grandeur à calculer :
Dans les données jai la distance (d = 106 km) ainsi que la vitesse (c = 300 000 km/s), je cherche un temps.
Jécris la relation (ou loi) mathématique vue en cours, où intervient la grandeur à calculer :
QUOTE avec v en km/s, d en km et t en seconde
Jexprime, à partir de cette relation, la formule littérale donnant la grandeur à calculer.
QUOTE
Je fais l'application numérique et jécris le résultat avec lunité.
QUOTE 500 s
On peut garder le résultat en seconde, ou bien le convertir en minute/seconde
500 secondes = 8 min x 60 s + 20 s = 8 min et 20 secondes
Je fais une phrase-réponse pour annoncer le résultat.
La lumière provenant du Soleil met 500 secondes (8 min et 20 secondes) pour parvenir jusque sur Terre.
Est-ce que jai réussi à ? :
Retrouver lexpression
t = d / vTout seulAvec la fiche méthodeAvec laide du professeurPas du toutFaire lapplication numérique à laide de la calculatriceTout seulAvec la fiche méthodeAvec laide du professeurPas du toutConvertir le résultat en minute / seconde Tout seulAvec la fiche méthodeAvec laide du professeurPas du tout / je ny ai pas penséRespecter les consignes de présentation du calculTout seulAvec la fiche méthodeAvec laide du professeurPas du tout
Fiche trouvée sur le site http://etab.ac-poitiers.fr/coll-jules-michelet-angouleme/IMG/pdf/fiche_presenter_calcul.pdf
PAGE \* MERGEFORMAT1
QUOTE en g/cm3
QUOTE en g
QUOTE en cm3
QUOTE donc QUOTE
QUOTE donc QUOTE
