Collège – 4e – Physique-Chimie – masse de l’air

Exercice 1 — Calcul de la masse d’air dans un ballon

Objectif pédagogique : Comprendre que l’air a une masse et calculer cette masse à partir du volume et de la masse volumique.
Consigne pour l’élève : Calculez la masse d’air contenue dans un ballon de football de volume 4,5 L, sachant que la masse volumique de l’air est de 1,2 kg/m³.
Exercice à réaliser :

• Convertissez le volume en mètres cubes.
• Appliquez la formule : masse = volume × masse volumique.
• Donnez le résultat en grammes.
  Matériel requis : Calculatrice
  Temps estimé : 10 minutes
  Corrigé détaillé :

1. Conversion : 4,5 L = 0,0045 m³
2. Calcul : 0,0045 m³ × 1,2 kg/m³ = 0,0054 kg
3. Résultat : 5,4 g
   Différenciation pédagogique :

• Remédiation : Proposer un exemple avec des valeurs plus simples (ex. volume = 1 L).
• Approfondissement : Demander de calculer la masse d’air dans une pièce de 20 m³.

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Exercice 2 — Comparaison des masses d’air

Objectif pédagogique : Comparer les masses d’air dans des volumes différents en utilisant la masse volumique.
Consigne pour l’élève : Comparez la masse d’air dans un ballon de basket (volume 10 L) et dans un ballon de handball (volume 6 L). La masse volumique de l’air est de 1,2 kg/m³.
Exercice à réaliser :

• Calculez la masse d’air pour chaque ballon.
• Comparez les résultats et expliquez pourquoi ils sont différents.
  Matériel requis : Calculatrice
  Temps estimé : 15 minutes
  Corrigé détaillé :

1. Ballon de basket : 0,010 m³ × 1,2 kg/m³ = 0,012 kg (12 g)
2. Ballon de handball : 0,006 m³ × 1,2 kg/m³ = 0,0072 kg (7,2 g)
3. Explication : Le ballon de basket a une masse d’air plus grande car son volume est plus important.
   Différenciation pédagogique :

• Remédiation : Fournir un tableau avec les conversions déjà faites.
• Approfondissement : Ajouter un troisième objet (ex. ballon de volley) et classer les masses.

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Exercice 3 — Mesure expérimentale de la masse d’air

Objectif pédagogique : Expérimenter la mesure de la masse d’air en utilisant un ballon et une balance.
Consigne pour l’élève : Mesurez la masse d’air contenue dans un ballon gonflé en utilisant une balance de précision.
Exercice à réaliser :

1. Gonflez un ballon et pesez-le avec la balance.
2. Dégonflez-le et pesez-le à nouveau.
3. Calculez la différence de masse et déduisez-en la masse d’air.
   Matériel requis : Ballon, balance de précision
   Temps estimé : 20 minutes
   Corrigé détaillé :
4. Masse du ballon gonflé : ex. 10,5 g
5. Masse du ballon dégonflé : ex. 9,8 g
6. Masse d’air : 10,5 g – 9,8 g = 0,7 g
   Différenciation pédagogique :

• Remédiation : Aider à manipuler la balance ou fournir des valeurs de référence.
• Approfondissement : Répéter l’expérience avec différents volumes d’air et tracer une courbe.

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Ressources complémentaires :