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Variation de volume au cours de la fusion de l’eau.

Variation de volume au cours de la fusion de l’eau.

Par Patrice Veysierre :

Pour fêter la réussite de leur enfant au brevet des collèges Monsieur et Madame DURAND ont invité quelques amis à prendre l'apéritif. Monsieur DURAND a servi les apéritifs en ajoutant quelques glaçons pour que ceux-ci soient bien frais. Mais il n'a pas fait attention qu'avec les glaçons en plus certains verres étaient pleins à ras bords.Que va-t-il se passer lorsque les glaçons vont fondre ?

Présentation de l'activité / consignes :

- Phase de découverte : Mise en situation : Pour fêter la réussite de leur enfant au brevet des collèges Monsieur et Madame DURAND ont invité quelques amis à prendre l'apéritif. Monsieur DURAND a servi les apéritifs en ajoutant quelques glaçons pour que ceux-ci soient bien frais. Mais il n'a pas fait attention qu'avec les glaçons en plus certains verres étaient pleins à ras bords.

Questionnement : Que va-t-il se passer lorsque les glaçons vont fondre ?

Sur chaque paillasse se trouve un verre plein d'eau chaude (pas trop pour que le glaçon ne fonde pas trop vite et pour laisser aux élèves le temps d'ajuster à ras bord) le professeur passe pour déposer un glaçon (assez gros) dans chaque verre. Il demande alors aux élèves d'ajuster le verre à ras bords.

-Phases de résolution : Après avoir écrit le problème et en attendant que le glaçon fonde, les élèves rédigent individuellement leurs hypothèses (en les argumentant) sur leur feuille d'activité. Ces hypothèses sont ensuite énoncées, relevées au tableau et discutées en classe entière

Travail par groupe : Les élèves observent le résultat de l'expérience ( qui n'est pas celui attendu pour la plupart ) et se trouvent confrontés à un nouveau problème : « Pourquoi l'eau n'a-t-elle pas débordée ? ».

Consignes : Sur la feuille d'activité (à la suite de l'hypothèse) les élèves rédigent un compte rendu de l'expérience (description, observations...). Ils mettent en commun leurs réponses, discutent si besoin et se mettent d'accord sur une réponse commune.

En classe : Les réponses des groupes sont mises en commun et discutées Les propositions des élèves (relevées au tableau) et la discussion qui en découle permettent d'arriver à conclure que si le liquide n'a pas débordé c'est que le volume de l'eau liquide qui composait le glaçon est inférieur au volume du glaçon lui-même. Les élèves écrivent cette conclusion sur leur feuille d'activité

Mais comment être sûr de ce qui vient d'être dit ? En questionnant les élèves on arrive leur faire prendre conscience que le seul moyen d'être sûr de ce que l'on vient de conclure est de mesurer les deux volumes et de les comparer, un nouveau problème émerge alors : Comment mesurer le volume du glaçon ainsi que celui de l'eau liquide qui le compose ? Les élèves réfléchissent individuellement et consignent sur une nouvelle feuille leurs idées pour mesurer ces deux volumes. Ces idées sont notées au tableau et on discute pour essayer de déterminer la meilleure façon de faire. Pour la mesure du volume de l'eau liquide l'idée d'utiliser un récipient gradué émerge assez vite mais pour le glaçon cela est moins évident. Malgré tout on parvient par un questionnement judicieux à introduire la mesure par comparaison de volume de liquide, reste à savoir quel liquide utiliser.

Travail de groupe : Les élèves réalisent l'expérience (avec de l'eau comme liquide) pour mesurer les deux volumes, notent leurs mesures et leurs observations.

Consignes : rédiger sur la feuille d'activité un compte rendu décrivant l'expérience effectuée (schéma narratif), les résultats obtenus et les observations faites. A ce stade les élèves doivent remarquer (le professeur pouvant aider) qu'un problème subsiste : Avec l'eau le glaçon n'est pas totalement immergé et donc on ne mesure pas tout le volume, pour mesurer ce volume il faudrait donc que ce glaçon coule. Le professeur fournit alors aux élèves une table de donnée contenant des informations sur la densité des liquides. (C'est une belle occasion d'en parler) - A partir de ces informations, les élèves sont capables de choisir, on peut également leur fournir différents liquides... (Eau salée, alcool, huile,...) et les laisser tâtonner Les élèves refont alors l'expérience avec un liquide où le glaçon coule (alcool, huile) et notent les résultats sur leur feuille d'activité

-Phases de structuration : L'eau à l'état solide occupe un volume plus important que l'eau à l'état liquide, Le volume varie lors de la solidification et de la fusion. Mesure du volume d'un liquide avec une éprouvette