Mouvement d`un mobile sur un plan incliné – Fiche professeur

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Niveau : Première S
SCIENCES PHYSIQUES
Mouvement d’un mobile sur un plan incliné – Fiche professeur
Situation pédagogique
Niveau : première S
Extrait du programme :
Partie II : Forces, travail et énergie
2.1- Travail et énergie cinétique.
Contexte :
B- Travail mécanique et énergie.
Activité de cours ou étude en TP.
Un seul dispositif pour toute la classe.
Place dans la progression :
Cette activité trouve sa place après l’énoncé de la relation
« travail – variation d’énergie cinétique » : Entre deux positions, dans un référentiel
galiléen, la variation de l’énergie cinétique d’un solide en translation est égale à la somme
des travaux des forces extérieures.
Montage utilisé :
Capteur de position
Plan incliné
La démarche
Voiture
Vue du côté ELEVE
Problématique : Un mobile est lâché sans vitesse initiale sur un plan incliné. Quelle est sa
vitesse lorsqu'il a parcouru une distance de 1,0 m ?
1ère étape Expliciter la situation : le montage est présenté avant manipulation, les valeurs
nécessaires sont recensées. L’étude prévisionnelle sera réalisée en l’absence de
frottements.
AAM 2007-2008 Académie d’Aix-Marseille
Données :
masse du mobile m = 0,265 kg
angle entre le plan incliné et l’horizontale α = 2,4°
Intensité de la pesanteur g = 9,8 N.kg-1
2ème étape Les élèves doivent choisir et repérer la position initiale afin d'effectuer les
calculs. Ce choix étant fait, ils doivent déterminer, en appliquant la relation « travail –
variation d’énergie cinétique », la vitesse du mobile lorsque la distance parcourue est de 1,0
m.
3ème étape Réalisation de l’expérience :
Ils réalisent leur expérience en configurant l’acquisition (choix de la fréquence
d’échantillonnage, choix des grandeurs et des graphes à afficher…) et en procédant aux
modélisations nécessaires. Cette activité pourra permettre la validation de l’item L13 du
B2i.
La position de la voiture en fonction du temps :
La vitesse de la voiture en fonction du temps :
Régression linéaire :
Recherche sur les graphiques obtenus de la vitesse expérimentale.
4ème étape Confrontation du résultat obtenu par calcul avec la vitesse expérimentale.
Les élèves recherchent les raisons d’un éventuel écart entre la valeur théorique et la
valeur expérimentale.
AAM 2007-2008 Académie d’Aix-Marseille
Prolongement
On peut envisager de mener le même raisonnement en modifiant l’angle du plan incliné avec
l’horizontale ; le calcul du pourcentage d’écart entre la valeur théorique et la valeur
expérimentale permet alors une discussion sur l’importance des forces de frottements.
Cas n°2
α = 5,3°
La position de la voiture
en fonction du temps :
La vitesse de la voiture
en fonction du temps :
Régression linéaire :
Cas n°3
α = 8,3°
La position de la voiture
en fonction du temps :
La vitesse de la voiture
en fonction du temps :
Régression linéaire :
AAM 2007-2008 Académie d’Aix-Marseille
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