
Mission spatiale Kryos : Identifier les états de la matière
La clarté des raisonnements et la qualité de la rédaction interviendront pour une part importante dans l'appréciation des copies. L'usage de la calculatrice est autorisé. Les résultats finaux doivent être soulignés ou encadrés. Des phrases construites sont exigées.
EXERCICE UNIQUE : Au cœur du laboratoire de l'Explorer (10 pts)
Vous êtes de service dans le laboratoire d'analyses scientifiques du vaisseau spatial Explorer. Récemment de retour de la mystérieuse planète Kryos, une sonde automatisée a ramené trois échantillons inconnus, nommés sobrement A, B et C.
Dans les conditions de pression et de température du laboratoire, vous observez les comportements suivants :
- L'échantillon A s'écoule facilement lorsqu'on penche son récipient et prend la forme du fond du vase.
- L'échantillon B semble invisible, mais dès qu'on ouvre légèrement son flacon, il s'échappe et occupe instantanément tout l'espace de la cabine.
- L'échantillon C est un petit bloc brillant que le bras robotisé du laboratoire peut saisir fermement avec une pince, sans que celui-ci ne se déforme.
Votre commandant de bord, le Capitaine Nova, vous confie la mission de classer rigoureusement ces trois échantillons dans les différentes familles de la matière. De plus, un débat anime l'équipage : le capitaine affirme haut et fort que l'échantillon B, très volatile, ne possède "aucune masse réelle". Vous décidez de réaliser une expérience de pesée pour vérifier ses dires.
📄 Documents Ressources
| État Physique | Forme Propre | Volume Propre | Comportement Typique |
|---|---|---|---|
| État Solide | OUI (Il garde sa forme) | OUI | Peut être saisi avec les doigts ou une pince. |
| État Liquide | NON (Prend la forme du récipient) | OUI | Coule, forme une surface libre horizontale au repos. |
| État Gazeux | NON | NON (Il est compressible et expansible) | Occupe tout l'espace disponible (s'échappe). |
Afin de vérifier la théorie du capitaine, vous utilisez une balance électronique haute précision du vaisseau.
C. Travail à réaliser sur votre copie :
Analyse des États de la Matière
APP / ANAEn vous appuyant de manière précise sur le texte d'introduction, le Document 1 et le Document 2, identifiez l'état physique (solide, liquide ou gazeux) de chacun des trois échantillons (A, B et C).
Une phrase de justification stricte est exigée pour chaque échantillon.
Schématisation du liquide
REAVous transvasez délicatement l'échantillon A dans un bécher en verre que vous laissez reposer sur la paillasse (table). Cependant, la table du laboratoire est fortement inclinée en raison d'une avarie du vaisseau.
Sur votre copie, tracez à la règle l'allure du récipient incliné et dessinez avec précision la surface libre du liquide à l'intérieur. Ajoutez une phrase courte pour rappeler la loi physique utilisée.
Détermination de la Masse
REA / VALLe capitaine Nova prétend que l'échantillon B est trop léger pour être pesé. Observez attentivement le Document 3.
Calculez mathématiquement la masse exacte, notée \(m_{\text{gaz}}\), de l'échantillon B enfermé dans le ballon.
Votre calcul devra obligatoirement présenter la formule littérale suivie du calcul numérique. L'unité finale doit être apparente.
Conclusion Scientifique
COMRédigez une courte lettre de réponse (2 phrases maximum) destinée au capitaine Nova. Vous devrez, en vous appuyant fermement sur le résultat de la Question 3, lui prouver que son affirmation sur les gaz est scientifiquement fausse.
Identifier les états de la matière
🎯 Attentes du Correcteur :
L'élève doit croiser les indices donnés dans le texte de présentation de la mission avec les définitions théoriques listées dans le tableau du Document 2. La simple mention de l'état ne suffit pas ; la justification par l'absence ou la présence de forme/volume propre est le cœur de la réponse attendue.
🧠 Raisonnement Type Attendu (Copie Parfaite) :
- Échantillon A : Le texte indique qu'il "s'écoule facilement" et "prend la forme du fond du vase". D'après le document 2, la matière qui n'a pas de forme propre mais qui coule est à l'état liquide.
- Échantillon B : Il est décrit comme capable de "s'échapper" et "d'occuper tout l'espace". D'après le document 2, un échantillon qui n'a ni forme propre ni volume propre (expansible) se trouve à l'état gazeux.
- Échantillon C : Il peut être "saisi fermement avec une pince sans se déformer". D'après le document 2, la matière qui garde sa propre forme et peut être pincée appartient à l'état solide.
💡 Critères de Notation Détaillés
- L'échantillon A est identifié comme Liquide. [0,5 pt]
- La justification de A est présente et cite la "forme du récipient". [0,5 pt]
- L'échantillon B est identifié comme Gaz / Gazeux. [0,5 pt]
- La justification de B cite "occupe tout l'espace" ou "pas de volume propre". [1,0 pt]
- L'échantillon C est identifié comme Solide. [0,5 pt]
- La justification de C s'appuie sur le fait d'être "saisi à la pince" ou "forme propre". [1,0 pt]
🎯 Attentes du Correcteur :
On évalue ici une connaissance canonique de 6ème : la propriété macroscopique de la surface libre d'un liquide au repos. Même si le récipient (ou la table) est incliné, la surface en contact avec l'air DOIT être tracée horizontalement à la règle.
📘 Rappel Théorique Exigé :
La phrase attendue de l'élève est la définition du cours : « Au repos, la surface libre d'un liquide est toujours plane et horizontale. »
💡 Critères de Notation Détaillés
- Le trait de surface est tracé à la règle (pas à main levée). [0,5 pt]
- La surface libre tracée est strictement horizontale (parallèle au bord de la feuille de copie). [1,0 pt]
- La phrase "Surface plane et horizontale au repos" est rédigée. [0,5 pt]
🎯 Attentes du Correcteur :
C'est l'instant "Mathématiques Appliquées" de l'épreuve. L'élève doit comprendre la technique de la pesée indirecte (ou pesée par différence). Le gaz étant insaisissable (comme vu en Q1), on ne peut le peser seul sur le plateau. Il faut déduire la tare (masse du ballon vide).
📋 Relevé des Données Utiles (Doc 3) :
En lisant les écrans de la balance sur le Document 3, l'élève rigoureux relève sur son brouillon :
- Masse du système \(\text{(Ballon Vide)}\) : \(m_1 = 14.6 \text{ g}\)
- Masse du système \(\text{(Ballon + Gaz)}\) : \(m_2 = 16.3 \text{ g}\)
1. Expression littérale et Application Numérique :
Le candidat doit poser l'équation de soustraction correspondante pour isoler la matière gazeuse :
✅ Interprétation Finale :
La phrase conclusion parfaite est : "Par la méthode de différence de masse, nous démontrons que la masse de l'échantillon de gaz B injecté dans le ballon est de 1.7 grammes."
💡 Critères de Notation Détaillés
- L'élève a extrait les deux bonnes valeurs (\(16.3\) et \(14.6\)) des schémas. [1,0 pt]
- L'opération choisie est bien une soustraction (posée ou écrite en ligne). [1,0 pt]
- Le calcul est juste (\(1.7\)) ET l'unité légale (grammes, \(g\)) est précisée. [1,0 pt]
🎯 Attentes du Correcteur :
Il s'agit d'une question de communication scientifique pure. L'élève doit réinvestir son résultat numérique (Q3) pour contredire poliment mais fermement l'hypothèse erronée d'un adulte (le Capitaine), brisant ainsi l'idée reçue populaire selon laquelle l'air "ne pèse rien".
✅ Réponse Parfaite Attendue :
"Mon Capitaine, l'expérience de pesée prouve le contraire de votre affirmation. La balance a affiché une augmentation de masse de 1.7 g après injection du gaz. La matière à l'état gazeux possède donc bien une masse."
💡 Critères de Notation Détaillés
- L'élève affirme clairement que le gaz possède une masse et utilise l'expérience comme preuve concrète (Argumentation valide). [1,0 pt]
📊 Bilan et Grille de Compétences
Cette grille permet d'évaluer l'acquisition globale des compétences scientifiques à l'issue de l'analyse des échantillons de Kryos.
| Domaine | Description de la compétence dans le contexte de l'examen | NA | ECA | A | A+ |
|---|---|---|---|---|---|
| S'APPROPRIER (APP) | Lire attentivement un texte descriptif et extraire les comportements physiques des 3 échantillons. Lire les mesures des balances (Q1, Q3). | ||||
| ANALYSER (ANA) | Mettre en lien les observations du texte avec les définitions théoriques d'un tableau à double entrée pour statuer sur l'état physique (Q1). | ||||
| RÉALISER (REA) | Tracer une surface libre horizontale avec un instrument de géométrie (Q2). Effectuer un calcul de soustraction sans erreur (Q3). | ||||
| VALIDER (VAL) | Utiliser un calcul numérique irréfutable pour briser l'idée préconçue selon laquelle "les gaz ne pèsent rien" (Q3, Q4). | ||||
| COMMUNIQUER (COM) | Rédiger des phrases structurées pour justifier un état physique. Assortir un résultat de calcul de son unité légale correcte (grammes). Écrire une conclusion (Q1, Q4). |
Légende de la grille académique : NA (Non Atteint), ECA (En Cours d'Acquisition), A (Atteint), A+ (Acquisition Dépassée / Expert).
Cette zone est réservée au Professeur de Sciences Physiques pour annoter la copie, féliciter la rigueur de rédaction ou signaler un manque de maîtrise des unités de mesure dans les calculs du candidat.


