Lycée – 2de – Physique-Chimie – Exercices sur la masse volumique

Exercice 1 — Calculer la masse volumique d’un liquide

Objectif pédagogique : Savoir calculer la masse volumique d’un liquide en utilisant une balance et une éprouvette graduée.

Consigne pour l’élève : Tu disposes d’une bouteille d’huile. Mesure sa masse volumique en utilisant une balance électronique et une éprouvette graduée.

Exercice à réaliser :

• Pèse l’éprouvette vide et note sa masse.
• Verse 100 mL d’huile dans l’éprouvette et pèse-la à nouveau. Note la nouvelle masse.
• Calcule la masse de l’huile seule en soustrayant la masse de l’éprouvette vide.
• Utilise la formule de la masse volumique : masse volumique = masse/volume.
• Exprime la masse volumique en g/mL.

Matériel requis : Balance électronique, éprouvette graduée, huile.

Temps estimé : 20 minutes

Corrigé détaillé :

• Masse de l’éprouvette vide : 50 g
• Masse de l’éprouvette avec l’huile : 140 g
• Masse de l’huile seule : 140 g – 50 g = 90 g
• Volume de l’huile : 100 mL
• Masse volumique : 90 g / 100 mL = 0,9 g/mL

Différenciation pédagogique :

• Remédiation : Proposer de refaire l’expérience avec d’autres volumes pour s’assurer de la précision des mesures.
• Approfondissement : Comparer la masse volumique obtenue avec la masse volumique théorique de l’huile et discuter des écarts possibles.

Exercice 2 — Identifier des matériaux par leur masse volumique

Objectif pédagogique: Utiliser la masse volumique pour identifier des matériaux inconnus.

Consigne pour l’élève : Tu dois identifier trois cubes de matières différentes. Mesure leur masse et leur volume, puis calcule leur masse volumique pour déterminer leur composition possible.

Exercice à réaliser :

• Mesure la masse de chaque cube à l’aide d’une balance.
• Mesure les dimensions de chaque cube pour calculer leur volume. (Volume d’un cube = côté³)
• Calcule la masse volumique de chaque cube.
• Compare les résultats avec une table des masses volumiques de métaux courants (aluminium ≈ 2,7 g/cm³, cuivre ≈ 8,9 g/cm³, et fer ≈ 7,8 g/cm³).

Exemple de tableau à compléter :

| Cube  | Masse (g) | Côté (cm) | Volume (cm³) | Masse volumique (g/cm³) | Matière probable |
|-------|-----------|-----------|--------------|-------------------------|------------------|
| A     |           |           |              |                         |                  |
| B     |           |           |              |                         |                  |
| C     |           |           |              |                         |                  |

Matériel requis : Balance électronique, règle graduée, cubes de matériaux inconnus.

Temps estimé : 30 minutes

Corrigé détaillé :

• Supposons un cube A avec une masse de 54 g et un côté de 3 cm. Son volume est 3 * 3 * 3 = 27 cm³. Sa masse volumique est 54 g / 27 cm³ = 2 g/cm³, ce qui est proche de l’aluminium.
• Les mêmes étapes s’appliquent pour les autres cubes avec les résultats correspondants.

Différenciation pédagogique :

• Remédiation : Fournir des indices sur la manière de calculer les volumes et discuter des raisons des erreurs possibles.
• Approfondissement : Demander de vérifier la masse volumique avec d’autres formes géométriques et matériaux.

Exercice 3 — Analyser des situations pratiques de masse volumique

Objectif pédagogique : Interpréter des situations pratiques où la masse volumique influence un phénomène physique.

Consigne pour l’élève : Lis la situation suivante et réponds aux questions pour analyser comment la masse volumique influence le phénomène observé.

Exercice à réaliser :

• Situation : Un bateau en métal flotte sur l’eau tout en étant plus dense que l’eau.
• Question 1 : Pourquoi le bateau ne coule-t-il pas, bien que le métal soit plus dense que l’eau ?
• Question 2 : Que se passe-t-il si le bateau est chargé au point que son volume sous-marin devient équivalent à sa capacité de flottaison ?
• Question 3 : Discute les implications de la masse volumique sur la conception des bateaux.

Matériel requis : Aucun

Temps estimé: 15 minutes

Corrigé détaillé :

• Question 1 : Le bateau ne coule pas car sa forme et structure permettent de déplacer suffisamment d’eau pour compenser sa masse.
• Question 2 : Si le bateau est trop chargé, il finira par couler car il ne pourra plus déplacer suffisamment d’eau pour compenser la masse supplémentaire.
• Question 3 : La masse volumique influe sur la conception des bateaux en nécessitant une structure qui maximise le volume d’eau déplacé pour assurer la flottaison.

Différenciation pédagogique :

• Remédiation : Utiliser des expériences de pensée simplifiées, en introduisant des concepts de poussée d’Archimède.
• Approfondissement : Étudier les différences entre les matériaux des coques des bateaux et comment ils influencent la conception et l’usage de ces navires.

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Ressources complémentaires :