ENSEIGNER
mardi 12 décembre 2017
icar Vesion anglaise

THEME: 2nde- Exploration de l'espace, de l'atome aux galaxies
  -  _ (Anciens programmes)  -  Physique

Activité 1: Interprétation de mesures de la masse d'une pomme

 

1. On place une pomme sur un pèse-personne digital. Celui-ci affiche la valeur de 0,2 kg.

On place à présent cette même pomme sur une balance de cuisine dont l’affichage est en gramme. Compléter le schéma en indiquant la valeur affichée par cette balance.

2. En réalité la valeur affichée par la balance est cent quatre vingt six grammes. Cette valeur est différente de celle que vous avez indiquée en question 1. Proposer une explication à cette différence.

3. Les écritures 0,2 et 0,200 sont-elles équivalentes
- pour un physicien ?        o oui     o non
- pour un mathématicien ?o oui     o non
- dans la vie de tous les jours ? o oui     o non

4. Le physicien dit que le pèse-personne donne la masse de la pomme avec 1 chiffre significatif et que la balance de cuisine indique cette même masse avec 3 chiffres significatifs.

Sur la balance de cuisine, on place maintenant une autre pomme, un tout petit peu plus petite que la précédente. La valeur affichée est 170 g.
a. Combien de chiffres significatifs cette valeur comporte-elle ? Justifier la réponse.
b. Déduire des questions précédentes à quelle condition le chiffre 0, présent dans une valeur indiquée par un physicien, est significatif.
c. Quelle valeur afficherait le pèse-personne pour cette deuxième pomme ?

5. On place successivement des pommes différentes sur la balance de cuisine. On obtient les valeurs suivantes :

155 g

161 g

148 g

130 g

202 g

kg

kg

kg

kg

kg

a. Indiquer dans les cases du bas les valeurs qu’afficherait le pèse-personne.
b. Pour le physicien, quelle est la masse en kg de la quatrième pomme ?

6. Finalement, lorsque le pèse personne affiche 0,2 kg que peut-on affirmer au sujet de la masse de l’objet pesé ? Même question si le pèse personne affiche 5,7  kg.
En déduire la précision du pèse personne.

7. A l'aide d'une grande éprouvette ou d'un verre mesureur, on mesure le volume de la pomme (voir schéma ci-contre). On trouve V=0,22 L.
a. Calculer la masse volumique de la pomme dans le cas où la mesure de la masse est 186 g. On donnera le résultat en kg/L.
b. Si nous n'avions à notre disposition que le pèse-personne, quelle valeur de masse volumique aurions-nous trouvé pour cette même pomme, toujours en kg/L ?
c. Après avoir discuté de vos différentes propositions, proposer une règle qui indique le nombre de chiffres significatifs à garder dans le résultat d’une division.


But: Interprétation de mesures de la masse d'une pomme

Donner du sens et légitimer la notion de chiffre significatif.

Préparation: Interprétation de mesures de la masse d'une pomme

Durée : Environ 45 min, corrigé compris.
Il est préférable, mais pas indispensable, de disposer d'un pèse-personne et d'une balance de cuisine. Idem pour la dernière expérience de l'activité (mesure du volume avec l'éprouvette). On aura intérêt à choisir une pomme (ou un autre fruit) de taille pas trop grande pour qu'elle puisse rentrer dans une éprouvette (prendre l'éprouvette la plus grande possible du lycée).
Cette activité peut éventuellement être menée en classe entière.
La question 7, qui illustre les règles concernant le nombre de chiffres significatifs d'un résultat d'un calcul, peut être considérée facultative ou donnée comme exercice à la maison.

Savoir: Interprétation de mesures de la masse d'une pomme

L'idée de cette activité est de justifier, à partir d'un exemple, l'usage par le physicien de la notion de chiffres significatifs, dont le sens est intimement lié à la mesure. Il est essentiel que l'élève puisse comprendre qu'une même écriture d'un nombre n'a pas la même signification selon le contexte : math, physique, vie quotidienne. En physique, l'écriture du nombre est généralement reliée à une mesure (et à sa précision) ou indique la précision des données dont on dispose.

Comportement des élèves: Interprétation de mesures de la masse d'une pomme

Globalement cette activité ne pose pas trop de difficultés aux élèves. Très peu d'élèves essaient d'anticiper les "pièges" (1ère question en particulier).
La réponse à la question 3 pour le mathématicien pose parfois problème aux élèves et il peut être intéressant de ne pas répondre pendant la séance et de leur demander de poser la question au collègue de math.

Corrigé: Interprétation de mesures de la masse d'une pomme

1. Généralement, les élèves indiquent 200g. Même les élèves qui perçoivent le "piège" jouent facilement le jeu de la réponse "attendue".
2. Avec le pèse-personne, la précision est trop faible pour connaître la valeur au gramme près. Le pèse-personne "arrondit" à la centaine de grammes la plus proche.
3. - pour un physicien ? non, les deux valeurs renvoient à des précisions différentes. 0,2 indique une valeur comprise entre 0,15 et 0,25, 0,200 indique une valeur entre 0,1995 et 0,2005.
- pour un mathématicien ? oui ??( occasion d’en discuter avce le collègue de math pour harmoniser les discours) 
- dans la vie de tous les jours ? oui.
4. a
. 3 chiffres significatifs (ce n'est ni 169, ni 171). b. Le zéro est significatif s'il ne se trouve pas à gauche du premier chiffre non nul (par exemple dans 0,2 il ne l'est pas). c. 0,2 kg également.

5.

155 g
161 g
148 g
130 g
202 g
0,2 kg
0,2 kg
0,1 kg
0,1 kg
0,2 kg
Pour le physicien, la masse de la quatrième pomme est 0,130 kg.
6. Lorsque le pèse personne affiche 0,2 kg, on peut affirmer que la masse de l’objet est comprise entre 0,15 kg et 0,25 kg. Si le pèse personne affiche 5,7 kg, la masse est comprise entre 5,65 kg et 5,75 kg.
La précision du pèse personne est du dixième de kg.
7.a. masse volumique de la pomme  = 0,186/0,22 = 0,85 kg.L-1.
b. Avec le pèse-personne,  = 0,2/0,17 = 0,9 kg.L-1
c. Enoncé 4 du modèle de la mesure : Une valeur calculée s'écrit avec un nombre de chiffres significatifs cohérent avec les données : le résultat d'une multiplication ou d'une division ne doit pas avoir plus de chiffres significatifs que la donnée qui en comporte le moins.