Physique-Chimie Cycle 4

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Thème 1 - Organisation et transformations de la matière
Ch. 1
L'eau que nous buvons est-elle pure ?
Ch. 2
La matière : états, masse et volume
Ch. 3
Les changements d'état de la matière
Ch. 4
Les mélanges
Ch. 5
La matière à l'échelle microscopique
Ch. 6
Que trouve-t-on dans l'air ?
Ch. 7
Les transformations chimiques et la pollution
Ch. 8
Modélisation des transformations chimiques
Ch. 9
Les ions dans notre quotidien
Ch. 10
Quand les acides et les bases réagissent
Ch. 12
La masse volumique
Ch. 13
La matière, dans l'espace et dans l'Univers
Ch. 14
De l'Univers aux atomes
Thème 2 - Mouvement et interactions
Ch. 15
Introduction à la vitesse et au mouvement
Ch. 16
Repérage de mouvement et mesure de vitesse
Ch. 17
Vitesse et mouvement
Ch. 18
Les interactions
Ch. 19
Les forces
Ch. 20
Le poids
Thème 3 - L'énergie et ses conversions
Ch. 21
Introduire la notion d'énergie
Ch. 22
Conversion et transfert de l'énergie
Ch. 23
La conservation de l'énergie
Ch. 24
Les circuits électriques
Ch. 25
La tension et l'intensité
Ch. 26
Relations entre grandeurs dans les circuits électriques
Ch. 27
Résistance et loi d'Ohm
Ch. 28
Puissance et énergie en électricité
Thème 4 - Des signaux pour observer et communiquer
Ch. 29
Le son
Ch. 30
La lumière
Ch. 31
Vitesse de propagation des signaux
Ch. 32
Des signaux au-delà de la perception humaine
Chapitre 5

Exercices

18 professeurs ont participé à cette page
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Je me teste

Je sais

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1
Si le pétrole flotte sur l'eau, c'est parce que :




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2
La flottaison des matériaux.

Parmi les matériaux et liquides suivants, lesquels flottent sur l'eau ?




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3
La formule qui relie la masse m, le volume V et la masse volumique ρ est :



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4
Quelles sont les unités possibles pour exprimer une masse volumique ?




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5
Rassembler les propositions entre elles pour former des phrases cohérentes.

    Un bâton flotte sur l'eau car le bois
    Le volume d'un liquide
    La masse d'un objet
    La masse volumique d'une substance
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    Je sais faire

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    6
    Pour mesurer la masse d'un liquide, il faut :



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    7
    Pour mesurer le volume d'un solide à l'aide d'une éprouvette graduée, on doit :




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    8
    Mesure indirecte du volume d'un solide.

    Le schéma montre comment on doit effectuer une mesure indirecte du volume d'un caillou. Place les légendes aux endroits corrects sur le schéma.

    Placeholder pour Schéma.Schéma.
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      A :

      B :

      C :

      D :

      E :
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      Exercice corrigé

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      Compétence : Pratiquer le calcul numérique et le calcul littéral.
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      9
      La bouteille d'huile.

      De l'huile est contenue dans une bouteille de volume V = 33 cL. Sa masse volumique est ρ = 0,920 kg/L.

      1. Détermine la masse m d'huile contenue dans la bouteille en g.

      2. Est-ce que cette huile flotte sur l'eau ?
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      Étapes de la méthode
      • Il faut tout d'abord convertir le volume de l'huile dans l'unité utilisée pour exprimer la masse volumique. Il faut ensuite écrire la formule littérale reliant m, ρ et V, calculer la valeur de la masse, puis convertir le résultat dans l'unité demandée.
      • Il faut enfin rappeler la masse volumique de l'eau et l'exprimer dans la même unité que la masse volumique de l'objet. On compare les deux valeurs : si la masse volumique de l'objet est plus petite que celle de l'eau, il flotte. Sinon, il coule.
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      Corrigé
      • Pour effectuer le calcul, il faut que les volumes soient exprimés dans la même unité. On convertit donc le volume V en L : V = 33 cL = 0,33 L.
        On calcule ensuite m : m = ρ × V = 0,920 × 0,33 ≈ 0,304 kg = 304 g.
      • On sait que la masse volumique de l'eau est : ρeau = 1 000 g/L = 1 kg/L. Cette huile a une masse volumique plus petite que l'eau, donc elle flotte sur l'eau.
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      Exercice similaire

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      10
      La branche de sapin.

      Un morceau de bois de sapin de volume V = 50 mL possède une masse volumique ρ = 0,460 kg/L.

      1. Calcule la masse du morceau de bois de sapin en g.

      2. Montre que ce morceau de bois flotte sur l'eau.
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      Je m'entraine

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      11
      Utilisation d'une éprouvette graduée.

      Convertis les masses, volumes et masses volumiques suivantes dans les unités demandées :

      Placeholder pour <stamp theme='pc-green1'>Doc. 1</stamp> Éprouvettes.<stamp theme='pc-green1'>Doc. 1</stamp> Éprouvettes.
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      1. Quel est le volume de liquide dans chacune des éprouvettes représentées ci-dessous ?
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      12
      Conversions d'unité (1).

      1. Convertis les masses, volumes et masses volumiques suivantes dans les unités demandées :
      a. V1= 3,6 L =
      dm3 =
      m3 =
      cm3.
      b. V2= 0,45 m3 =
       L =
       dL =
       daL.
      c. m1= 14,2 g =
       kg =
       mg.
      d. m2= 2,31 kg =
       g =
       mg.
      e. ρ1 = 19,3 kg/L =
       g/L =
       mg/L.
      f.  ρ2 = 810 kg/m3 =
      g/m3 =
      mg/m3.
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      13
      Conversions d'unité (2).

      1. 1 μg = 0,000001 g. Convertis les masses volumiques suivantes dans les unités demandées.

      a. ρa = 1,925 kg/L =
       g/L =
       g/dm3.
      b. ρb = 0,773 g/cm3 =
       kg/cm3 =
      kg/dm3.
      c. ρc = 13,59 g/mL =
       mg/mL =
       mg/cL.
      d. ρd = 1 260 kg/m3 =
       g/L =
      g/dL.
      e. ρe = 8 867 000 μg/cm3 =
       g/dm3.
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      14
      Aide Anatole !

      Compétence
      Concevoir une expérience pour tester une hypothèse.

      Anatole est perdu : son professeur lui a demandé de prévoir la masse de l'eau de mer présente dans une bouteille puis de vérifier sa prévision mais il ne sait pas comment faire. Il dispose de tout le matériel courant de laboratoire et des informations suivantes : Masse volumique de l'eau de mer utilisée : ρmer = 1,1 kg/L ; volume V de la bouteille : V = 75 mL.

      1. Prévois la masse m de l'eau de mer présente dans la bouteille.

      2. Fais la liste du matériel nécessaire pour vérifier cette prévision.

      3. Rédige le protocole à suivre pour mesurer la masse de l'eau de mer présente dans la bouteille.
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      15
      Comparaison d'essences de bois.

      Le bois est une matière vivante dont la masse volumique dépend de l'humidité. On donne ci-dessous les masses volumiques de quelques essences de bois.

      SubstanceMasse volumique (kg/m3)
      Eau douce1 000
      Eau de l'océan Atlantique1 025
      Eau de la Mer Morte1 240
      Sapin850
      Châtaignier1 060
      Acacia900
      Épicéa800
      Iroko1 100

      1. À l'aide du tableau ci-dessus, classe les essences de bois par ordre décroissant de masse volumique.

      2. Quelles sont les essences qui flottent sur le lac Léman ? Sur l'Atlantique ? Sur la mer Morte ?
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      16
      Une histoire de clous.

      Élie voudrait connaitre la masse volumique du fer. Pour cela, il dispose d'un paquet de clous en fer. Il mesure la masse d'un clou : m = 0,395 g. Il veut mesurer le volume d'un clou en l'immergeant dans une éprouvette d'eau mais le volume est trop faible pour qu'il puisse le lire correctement. Il décide donc d'en immerger dix. Il obtient pour les dix clous un volume V = 0,5 mL. Après calcul, il trouve une masse volumique de 7,9 g/cm3 pour les dix clous.

      1. Quel est le volume d'un clou ?

      2. Quelle est la valeur de la masse volumique d'un clou ?

      3. Convertis cette valeur en kg/m3.
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      17
      Une bague en argent.

      Compétence
      Conclure, valider ou non l'hypothèse.

      Florent observe la bague de Suzanne. Suzanne lui affirme que c'est une bague en argent mais Florent pense qu'elle est en fer-blanc. Pour en avoir le coeur net, il pèse la bague et trouve m = 14,4 g. Il plonge la bague dans une éprouvette contenant 5,0 mL d'eau : le niveau monte jusqu'à 6,4 mL.

      Nom de l'alliageCompositionMasse volumique
      argent 925alliage d'argent et de cuivre en bijouterie10,3 g/cm3
      fer-blancacier recouvert d'étain8 g/cm3

      1. Quel est le volume de la bague de Suzanne ?

      2. À l'aide des données du tableau, calcule la masse que ferait la bague si elle était en fer-blanc.

      3. À l'aide du tableau, calcule la masse que ferait la bague si elle était en argent.

      4. Détermine, à l'aide de tes réponses précédentes, si la bague de Suzanne est en argent ou en fer-blanc.
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      18
      Masse volumique de l'eau.

      Dans les conditions ordinaires de température et de pression, la masse volumique de l'eau vaut ρe = 1 kg/L. Elle est souvent exprimée en d'autres unités, selon le cas étudié.

      1. Convertis cette valeur en kg/m3, en g/L et en g/dm3.

      2. Convertis cette valeur en t/m3, en g/cm3 et en g/mL.

      3. Quelle observation peux-tu tirer de tes résultats ?
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      19
      L'air.

      L'air est un gaz dont la masse volumique, dans les conditions habituelles de température et de pression, vaut ρe = 1,3 kg/m3.

      1. Quelle est la masse d'un mètre cube d'air ?

      2. Considérons une salle de classe dont le volume est 60 m3. Quelle est la masse d'air contenue dans cette salle ?

      3. On jette 2,5 kg d'eau dans la salle. De l'eau ou de l'air présent dans la salle, lequel est le plus lourd ?

      4. Où vont se situer l'eau et l'air l'un par rapport à l'autre dans la salle ?
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      20
      Monnaie en cuivre.

      Au cours d'une opération de nettoyage de la plage, Romain a trouvé dix pièces de monnaie en cuivre. Il les immerge dans une éprouvette à moitié remplie d'eau. La différence de volume qu'il constate est : V = 5 cm3. Il a trouvé sur internet que la masse volumique du cuivre ρcuivre est de 8,96 g/mL.

      1. Convertis le volume V du cuivre en mL.

      2. Calcule la masse m de ces dix pièces de cuivre.


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      Une notion, trois exercices
      Différenciation

      Compétence : Pratiquer le calcul numérique et le calcul littéral.
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      21
      Déterminer la masse d'un objet. Un anneau en or.

      Une bague est constituée d'un anneau d'or d'un volume de 0,24 cm3 et d'une pierre précieuse de 0,20 g. L'or utilisé en bijouterie possède une masse volumique de 16 500 g/L. Sarah veut trouver la masse totale de sa bague et de l'anneau seul.

      1. Convertis le volume de l'anneau en mL.

      2. Convertis la masse volumique de l'or en g/mL.

      3. Calcule la masse de l'anneau seul.

      4. Calcule la masse totale de la bague.

      5. Calcule le pourcentage de la masse totale que représente l'anneau vis-à-vis de la bague.
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      21
      Déterminer la masse d'un objet. Une statuette en bois et en métal.

      Enora possède une statuette composée de bois et de métal. Le bois de la statuette occupe à lui seul un volume de 120 cm3 tandis que celui de la partie en métal est de 15 cm3. La masse volumique du bois de la statuette est de 700 g/L. La masse volumique du métal est de 8 000 g/L. Enora veut trouver la masse du bois seul et celle de la statuette complète.

      1. Convertis les masses volumiques en g/mL.

      2. Calcule la masse de la pièce de bois seule.

      3. Calcule la masse de la pièce de métal.

      4. Calcule le pourcentage de la masse totale que représente la pièce de métal vis-à-vis de la statuette complète.
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      21
      Déterminer la masse d'un objet. La bille d'acier.

      Une bille d'acier est conçue en mélangeant 0,69 cm3 de carbone avec 9,31 cm3 de fer en fusion. Le fer est un métal de masse volumique ρfer = 7 860 kg/m3, celle du carbone valant ρcarbone = 2,250 kg/L.

      1. Calcule la masse totale de cette bille d'acier.

      2. Détermine alors les pourcentages de carbone et de fer présents dans la bille.
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      Doc. 1
      Billes

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      J'approfondis

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      22
      Mélange de trois liquides.

      L'huile de colza a une masse volumique ρh = 915 g/L. Elle n'est pas miscible avec l'eau et l'alcool. L'eau et l'alcool, quant à eux, forment un mélange homogène, dont la masse volumique dépend de la proportion d'alcool.

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      1. À partir du graphique, détermine la masse volumique d'un mélange contenant 40 % d'alcool et 60 % d'eau.

      2. De la même manière, détermine la masse volumique de l'alcool pur et de l'eau pure.

      3. Dans un tube à essai, on verse de l'huile et de l'alcool. Représente le tube à essai en précisant quel liquide est au-dessus de l'autre.

      4. Même question pour un tube à essai dans lequel on verse de l'huile et de l'eau.

      5. Pour réaliser la photo ci-dessus, on a introduit de l'huile de colza dans un verre contenant un mélange d'eau et d'alcool ayant la même masse volumique que l'huile. Quelle proportion d'alcool a-t-on utilisée pour ce mélange (voir graphique) ?
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      23
      La couronne du roi Hiéron.

      La légende raconte que Hiéron, roi de Syracuse, voulait vérifier que son orfèvre n'avait pas volé l'or qu'on lui avait confié pour la fabrication d'une couronne. Il demanda au savant Archimède de trouver un moyen de savoir si la couronne était bien en or pur. La couronne pesait 7,5 kg. Archimède la plongea dans un récipient cylindrique rempli d'eau dont le rayon était R = 15 cm : le niveau de l'eau s'éleva d'une hauteur h = 1,1 cm.

      1. Comment Archimède peut-il trouver le volume de la couronne grâce à son expérience ?

      2. Calcule ce volume en cm3.

      3. La masse volumique de l'or est ρor = 19,3 g/cm3. Calcule la masse que la couronne doit avoir si elle est en or pur.

      4. L'orfèvre a-t-il volé le roi ? Justifie ta réponse.
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      24
      Un sirop bien sucré.

      Tristan veut déterminer la masse de sucre dans sa boisson à base de sirop concentré. Il prend un verre avec une marque à 5 cL. Il met du sirop concentré jusqu'à celle-ci, puis ajoute de l'eau jusqu'à obtenir 30 cL de boisson. La masse volumique du sirop concentré est ρsirop = 1,4 kg/L. Tristan peut lire sur l'étiquette de sa bouteille de sirop : 58,9 g de sucre pour 100 g de sirop.

      1. À partir de la méthode de préparation utilisée par Tristan, calcule la masse de sirop utilisée.

      2. Calcule la masse de sucre que contient la boisson de Tristan.
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      25
      Un rouleau de fil métallique.

      Blandine a trouvé un rouleau de fil métallique. Elle cherche sa masse volumique pour parvenir à identifier la nature du métal. La bobine complète pèse 650 g et le fil est enroulé autour d'un socle en plastique de 156 g.
      1. Le fil a un diamètre d = 1 mm et une longueur totale L = 100 m. Détermine son volume en cm.

      2. Calcule la masse du fil métallique seul.

      3. Est-ce qu'il peut s'agir de fil de fer (ρ = 7,9 g/cm3) ?
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