Modules de développement professionnel

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Gravité spécifique: La Densité relative des liquides

Grades: 5-8
Auteur: Joyce Brumberger
Voir le Plan de leçon de l’étudiant

Résumé

Description du module

À la suite du module dirigé par un fournisseur de développement professionnel, les participants apprendront grâce à la création de leur main hydromètres, comment fonctionne un hydromètre et ce qu’il mesure. À l’aide de leurs hydromètres, ils détermineront les différences relatives de densité des liquides et compareront ces valeurs à celles obtenues à partir d’un hydromètre fabriqué dans le commerce. Sur la base de leurs résultats, les participants créeront leur propre colonne de densité de liquide. Les participants concevront une leçon qu’ils pourront mettre en œuvre dans leur propre salle de classe.

Objectifs

• Les participants apprendront le terme gravité spécifique
• Les participants apprendront la fonction d’un hydromètre
• Les participants apprendront la gravité spécifique de différentes substances
• Les participants pourront construire un hydromètre
• Les participants pourront déterminer la gravité spécifique relative de différents liquides
• Les participants pourront créer une colonne de densité liquide
• Les participants produiront un plan de leçon pour guider leurs propres étudiants dans la conception et la mise en œuvre d’une expérience

Matériaux

Engagement

• Vidéos courtes telles que décrites dans la Phase d’engagement

Exploration et élaboration

• Bouteilles d’eau de 20 oz avec dessus coupés, 1 pour chaque liquide utilisé, 7 bouteilles / ensemble – 1 ensemble / groupe
• 2 bouteilles de 2 litres
• 3 oz. gobelets en plastique
• Eau distillée
• Sel casher
• Sucre
• Sirop de maïs
• Alcool isopropylique (acheté en pharmacie)
• Vinaigre
• Sélectionnez une huile: Huile de maïs, huile d’olive, huile pour bébé

Matériaux pour hydromètre: À réaliser par chaque participant

• Pailles à boire
• Marqueurs permanents – 2 couleurs différentes
• Petits ongles à insérer dans la paille
• Règle
• Pâte à modeler ou blu-tac
• Ciseaux

• Cylindre gradué de 25 mL
• Serviettes en papier
• 3 x 5 fiches
• Universel hydromètres, 1 pour chaque groupe (Nasco Science, 1-800-558-9595 – article #SB16439M/7$.40 chacun) (l’hydromètre peut être partagé entre les groupes si nécessaire)
• Récipient en verre ou en plastique pour l’élimination des liquides dans des colonnes de densité

Explication

• Hydromètres de différents types pour:
  • Réservoirs d’eau salée – achat en animalerie ou catalogue scientifique en ligne
  • Batteries de voiture – magasin de pièces automobiles, Wal-Mart, K-Mart
  • Antigel dans les radiateurs de voiture – magasin de pièces automobiles, Wal-Mart, K-Mart
• Eau du robinet
• Eau de pluie

Procédures

Engagement

Montrez une vidéo de quelqu’un essayant de démarrer la voiture, mais la batterie est morte ou relayez une histoire de ce que c’est.

Demandez aux participants :  » Avez-vous déjà vécu une expérience similaire? »La plupart diront oui. Demandez aux participants :  » Savez-vous comment vérifier la batterie de votre voiture pour vous assurer qu’elle est en bon état de fonctionnement? » Les réponses varieront.

Lisez le clip vidéo qui montrera comment utiliser un appareil pour vérifier les niveaux de liquide dans une batterie de voiture. http://video.aol.com/video-detail/auto-and-truck-battery-reconditioning-step-5/1607610001

Évaluation: L’évaluation se poursuit avec les réponses verbales des participants.

Exploration

1. Informez les participants qu’ils vont fabriquer un appareil pour déterminer la densité relative de différents liquides.
2. Divisez les participants en groupes de trois et fournissez le matériel nécessaire à chaque participant pour fabriquer un hydromètre. Donnez à chaque groupe une bouteille d’eau coupée presque remplie d’eau distillée.
3. Demandez aux participants de mesurer et de couper la paille sur une longueur de 10 cm.
4. Demandez aux participants de faire une petite boule avec la pâte à modeler et de sceller une extrémité de la paille pour qu’elle soit étanche à l’eau.
5. Demandez aux participants de placer deux clous, pointez le côté vers le bas dans la paille.
6. Demandez aux participants de placer la paille dans l’eau pour vérifier si elle flotte directement de haut en bas. Sinon, demandez-leur d’ajouter un clou à la fois jusqu’à ce qu’il le fasse. Si la paille touche le fond de la bouteille, ajoutez plus d’eau ou coupez la longueur de la paille.
7. Demandez aux participants d’utiliser un marqueur permanent et de marquer là où la surface de l’eau touche le côté de la paille.
8. Demandez aux participants d’essuyer doucement la paille avec une serviette en papier et de faire une ligne fine distincte pour la marque d’eau.
9. Demandez aux participants d’utiliser un marqueur de couleur différente et à l’aide de la pointe pointue du marqueur, faites des marques tous les 2 mm de chaque côté de la ligne de marquage d’eau pour un total de 7 marques de chaque côté de la ligne d’eau.
10. Fournir à chaque groupe un ensemble d’échantillons de liquides à tester et indiquer aux participants qu’ils doivent chacun utiliser leur propre instrument pour tester les différents liquides.
11. Dites aux participants que la valeur de la ligne d’eau est de 1,0 et que chaque marque a une valeur de.2. Si la ligne de surface du liquide est entre les lignes lorsque l’hydromètre flotte dans la bouteille, dites-leur d’estimer au mieux de leurs capacités.
12. Dites aux participants que les mesures ne refléteront que de légères différences, mais de faire de leur mieux et d’enregistrer leurs résultats.
13. Dites aux participants d’essuyer doucement la paille entre les liquides.
14. Demandez aux participants de chaque groupe de partager leurs données au sein du groupe une fois que tout le monde a terminé la mesure.
15. Sur la base des données recueillies, demandez aux participants d’illustrer et d’étiqueter une colonne de densité sur leur feuille de travail. La substance la plus dense est indiquée en bas, la moins dense en haut. S’il y a plus d’un liquide de même densité, énumérez-les ensemble.
16. Dites à chaque groupe que vous allez leur fournir un instrument qui a été fabriqué et l’utiliser de la même manière que leur dispositif de paille.
17. Demandez-leur de lire et d’enregistrer les valeurs de l’instrument pour chacun des liquides. Rappelez-leur de l’essuyer doucement entre les liquides.
18. Dites aux participants d’illustrer et d’étiqueter une deuxième colonne de densité sur leur feuille de travail en fonction de l’instrument fabriqué. La substance la plus dense est indiquée en bas, la moins dense en haut. S’il y a plus d’un liquide de même densité, énumérez-les ensemble.

Évaluation: L’évaluation se poursuit pendant que les participants travaillent ensemble, enregistrent les données et discutent des résultats entre eux.

Explication

Posez aux participants les questions suivantes :

1. Quelle a été votre expérience lorsque vous avez travaillé avec l’instrument que vous avez fabriqué?
   • Les réponses varieront, mais la plupart trouveront qu’il était difficile d’obtenir une mesure précise. Certains peuvent discuter des difficultés qu’ils ont eues avec l’instrument restant debout ou d’un autre comportement défectueux.
1. Comparez et comparez l’expérience de travail avec l’instrument fabriqué.
   • Les réponses varieront, mais la plupart diront que l’appareil fabriqué a fourni des mesures plus précises et était plus facile à utiliser. Les deux instruments étaient similaires car ils flottaient tous les deux vers le haut ou vers le bas en fonction de la substance liquide utilisée.
1. Comment s’appelle cet instrument et que mesure-t-il avec précision?
   • L’instrument est un hydromètre et sa fonction est de déterminer la densité d’une substance.
1. Qu’est-ce que la densité ?
   • La densité est similaire à la densité d’une substance, mais elle n’a pas d’unités de mesure. En effet, la densité est une comparaison de la densité d’une substance à la densité de l’eau. La densité de l’eau est donnée à la valeur de 1.000 lorsque la température de l’eau est de 60 ° F.
1. Avez-vous trouvé que la valeur de l’eau distillée était de 1.000? Si non, pourquoi ?
   • L’eau était à température ambiante et la valeur de 1.000 est donnée lorsque l’eau est à 60 ° F. De légères différences peuvent avoir été observées.
1. Pensez-vous que la densité de l’eau du robinet ou de l’eau de pluie serait la même que celle de l’eau distillée? Pourquoi ou pourquoi pas ?
   • L’eau du robinet contient des minéraux, contrairement à l’eau distillée. Démontrez cela en plaçant l’hydromètre dans un échantillon de chacun séparément et demandez à un volontaire de lire les valeurs.
1. Pensez-vous que la densité du lait et du lait écrémé sera la même?
   • La densité n’est pas la même en raison de la teneur en matière grasse du lait. Cependant, il existe de nombreux composants du lait et la teneur en matières grasses doit être déterminée avec d’autres méthodes.
1. La colonne de densité que vous avez créée est-elle sortie de la même manière que votre illustration?
   • Les réponses varient, mais un problème courant est que certaines substances sont mélangées, telles que l’eau salée et l’eau sucrée ou l’alcool. C’est un bon exemple qui peut mener plus tard à la discussion de solutions.
1. Avez-vous vu ou pouvez-vous penser à des endroits où des hydromètres sont utilisés?
   • Après avoir vu les vidéos, les participants répondront que les hydromètres sont utilisés pour vérifier les batteries de voiture. Les hydromètres sont également utilisés pour vérifier le niveau d’antigel dans les radiateurs de voiture, les aquariums d’eau salée, la fabrication de vin et de bière, le test du lait et pour des besoins spécifiques dans de nombreuses autres industries. Lorsqu’ils subissent un test d’urine chez le médecin, les bandelettes urinaires fournissent une valeur de gravité spécifique. La plage normale se situe entre 1,020 et 1,030. Des valeurs supérieures ou inférieures à celles-ci peuvent indiquer que le corps ne fonctionne pas normalement et que le médecin peut commencer à effectuer d’autres tests pour établir un diagnostic approprié.
   • Montrez des échantillons d’autres hydromètres qui ont été collectés pour cette leçon.
1. Les poissons d’eau salée sont très sensibles aux changements de salinité. Comment pouvez-vous surveiller l’eau pour vous assurer que la quantité appropriée de sel de mer se trouve dans le réservoir?
   • Un hydromètre flottant dans le réservoir fournira une valeur de gravité spécifique. Vous devez ensuite utiliser un tableau spécial qui compare la température de l’eau et la valeur de densité pour trouver le niveau de salinité.
1. Placez un objet qui s’enfonce dans un verre d’eau. Que feriez-vous pour faire flotter cet objet?
   • Ajoutez l’une des substances qui augmentent la densité de l’eau, telles que le sucre ou le sel.

Évaluation: L’évaluation se poursuit avec des réponses orales et une discussion des questions.

Élaboration

1. Dites aux participants que leur groupe va créer une colonne de densité liquide basée sur la densité mesurée des substances avec lesquelles ils ont précédemment utilisé.
2. Demandez aux participants de sélectionner 4 liquides qu’ils souhaitent utiliser pour créer la colonne, autres que de l’eau distillée, et d’illustrer à quoi ils pensent que la colonne de densité ressemblera.
3. Dites aux participants de partager leurs données et la colonne de densité proposée avec un autre groupe et expliquez les raisons pour lesquelles ils ont listé les liquides dans l’ordre qu’ils ont illustré à l’appui des données.
4. Dites aux participants d’utiliser le cylindre gradué de 25 mL pour créer leur colonne de densité.
5. Demandez aux participants de calibrer une petite tasse en plastique pour 10 mL en versant 10 mL d’eau dans la tasse et en marquant le niveau à l’extérieur de la tasse avec un stylo de marquage permanent.
6. Demandez aux participants d’utiliser les liquides dans les bouteilles d’échantillonnage utilisées précédemment pour créer leurs colonnes de densité.
7. Dites aux participants d’utiliser la tasse à mesurer en plastique qu’ils ont créée pour mesurer 10 mL de chaque liquide à utiliser dans la colonne de densité.
8. Demandez aux participants d’incliner légèrement le cylindre et de verser lentement chaque liquide sur le côté du cylindre dans l’ordre qu’ils ont illustré, en commençant par le plus dense.
9. Dites aux participants d’illustrer sur une carte 3 x 5 leur colonne de densité, comme ils l’ont fait sur leur feuille de travail, et de l’afficher à côté de leur colonne construite.
10. Lorsque tout le monde est terminé, dites aux participants de se promener et de voir les colonnes de densité de tous les autres groupes en veillant à ne pas perturber les cylindres gradués.
11. Demandez aux participants de vider le contenu du cylindre gradué dans le récipient désigné et de laver les cylindres gradués avec du savon et de l’eau tiède.

Évaluation: Les colonnes de densité refléteront la compréhension des élèves et la discussion orale révélera des choses qui étaient correctes ou qui pourraient être améliorées à l’avenir.

Justification

La densité est un concept très conceptuel et de nombreux exemples pratiques et expériences aident à favoriser une meilleure compréhension. Une idée fausse commune est que la densité ne s’applique qu’aux solides alors qu’elle s’applique également aux liquides et aux gaz. La densité d’un liquide par rapport à l’eau est appelée densité. La densité des liquides est une mesure constamment utilisée dans l’industrie, mais elle est également très couramment utilisée dans notre vie quotidienne, de la vérification des niveaux appropriés de liquides de batterie de voiture et de radiateur aux tests d’urine chez le médecin.

Normes scientifiques

NORME DE CONTENU NSES A: La science comme enquête

À la suite des activités de la 5e à la 8e année, tous les élèves devraient

• Développer l’utilisation d’outils et de techniques, y compris les mathématiques, qui seront guidés par la question posée et les enquêtes que les élèves conçoivent. L’utilisation d’ordinateurs pour la collecte, le résumé et la présentation des preuves fait partie de cette norme. Les étudiants devraient pouvoir accéder, rassembler, stocker, récupérer et organiser des données, à l’aide de matériel et de logiciels conçus à ces fins.
• Basent leur explication sur ce qu’ils ont observé, et au fur et à mesure qu’ils développent des compétences cognitives, ils devraient être capables de différencier l’explication de la description – en fournissant des causes d’effets et en établissant des relations basées sur des preuves et des arguments logiques. Cette norme exige une base de connaissances sur le sujet afin que les étudiants puissent mener des enquêtes efficacement, car le développement d’explications établit des liens entre le contenu de la science et les contextes dans lesquels les étudiants développent de nouvelles connaissances.
• Pensez de manière critique aux preuves, notamment en décidant quelles preuves doivent être utilisées et en tenant compte des données anormales. Plus précisément, les élèves devraient être en mesure d’examiner les données d’une expérience simple, de les résumer et de former un argument logique sur les relations de cause à effet dans l’expérience. Les élèves devraient commencer à énoncer quelques explications en termes de relation entre deux variables ou plus.

NORME DE CONTENU NSES B: Sciences physiques

À la suite de leurs activités de la 5e à la 8e année, tous les élèves doivent comprendre qu’

• Une substance possède des propriétés caractéristiques, telles que la densité, le point d’ébullition et la solubilité, qui sont toutes indépendantes de la quantité de l’échantillon. Un mélange de substances peut souvent être séparé en substances d’origine en utilisant une ou plusieurs des propriétés caractéristiques.

NORME DE PERFECTIONNEMENT PROFESSIONNEL DES SNS A

Le perfectionnement professionnel des enseignants en sciences exige l’apprentissage du contenu scientifique essentiel grâce aux perspectives et aux méthodes de recherche. Les expériences d’apprentissage des sciences pour les enseignants doivent faire participer les enseignants à l’étude active de phénomènes pouvant être étudiés scientifiquement, à l’interprétation des résultats et à la définition de résultats compatibles avec la compréhension scientifique actuellement acceptée.

NORME DE PERFECTIONNEMENT PROFESSIONNEL DES SNS B

Le perfectionnement professionnel des enseignants en sciences exige l’intégration des connaissances scientifiques, de l’apprentissage, de la pédagogie et des étudiants; il exige également l’application de ces connaissances à l’enseignement des sciences. Les expériences d’apprentissage pour les enseignants de sciences doivent relier et intégrer tous les aspects pertinents de la science et de l’enseignement des sciences.

Meilleures pratiques d’enseignement

• Cycle d’apprentissage
• Enquête
• Compétences en matière de processus scientifiques

Délai

1 1/2 heure

Préparation

1. Créer une solution d’eau salée en utilisant 35 grammes de sel casher pour 1 litre d’eau. Mélanger dans la bouteille de 2L et agiter vigoureusement jusqu’à dissolution complète du sel.
2. Créer une solution de sucre comme décrit pour l’eau salée.
3. Coupez les sommets des 20 oz. bouteilles d’eau pour créer un récipient de 10 cm de haut par rapport au fond.
4. Créez un ensemble de liquides pour chaque groupe en remplissant les bouteilles d’eau coupées à 1 cm du haut. Étiquetez chaque bouteille de manière appropriée avec un marqueur permanent. L’ensemble doit comprendre 1 bouteille de chacun des éléments suivants:
   1. eau distillée
   2. eau salée
   3. eau sucrée
   4. sirop de maïs
   5. alcool isopropylique
   6. huile
   7. vinaigre

Sécurité

Les colonnes de densité doivent être vidées dans un récipient désigné. Le récipient peut être lavé et rincé dans l’évier avec du savon et de l’eau tiède.

Évaluation

S.O.

Explication de la science

Les hydromètres sont des tubes de verre cylindriques calibrés qui sont lestés de grenaille de plomb ou de mercure et qui sont utilisés pour trouver la densité spécifique d’un liquide. La densité est le rapport de la densité d’un liquide par rapport à la densité de l’eau à 60 degrés F. Il n’y a pas d’unités de mesure qui lui sont associées car il s’agit d’une comparaison. Par exemple, la densité de l’eau à 60 degrés F est de 1.000 g / cm3. Sa densité est de 1.000. La densité de l’ammoniac est de.8974 g/cm3. Sa densité par rapport à l’eau est de.8974, ce qui signifie qu’il est plus léger que l’eau.

L’hydromètre est descendu dans une colonne haute du liquide à mesurer et laissé flotter debout. Une lecture est effectuée sur l’hydromètre au point où la surface du liquide touche la tige de verre. Les hydromètres fonctionnent sur la base du principe d’Archimède. Lorsque l’hydromètre est placé dans une colonne de liquide haute, le liquide est soutenu par une force proportionnelle au poids du liquide déplacé. Les hydromètres flottent plus bas dans les liquides à faible densité et plus haut dans les liquides à haute densité.

Il existe des hydromètres universels, mais dans diverses industries, la plage de densité des liquides qu’ils utilisent est très faible. Par conséquent, les hydromètres sont conçus pour de grandes ou de petites valeurs.

Documents à distribuer

Tableau de données de mesure des liquides et Feuille de calcul

Extensions

Activités dans le kit pratique 2 de l’American Chemical Council

Les boulangeries mesurent la densité de leur pâte pour en assurer la qualité et la consistance. Faites des recherches dans d’autres industries pour savoir à quel point la gravité spécifique est importante dans ce qu’elles font.

Étudiez le fonctionnement d’un radiateur de voiture et l’importance de l’antigel dans le radiateur. Apprenez à trouver la densité du fluide pour que le radiateur fonctionne correctement.

Modèle de mise en œuvre de la leçon

Téléchargez le Modèle de mise en œuvre de la leçon: Document Word ou Fichier PDF

Equity

Essayez de vous assurer que tous les participants ont participé et exprimé leurs idées verbalement ou par le biais de commentaires écrits. Lorsque vous travaillez en binôme ou en groupe, essayez de rendre les groupes aussi hétérogènes que possible en étant sensibles aux besoins spécifiques des individus.

Resources

None available for this module.

http://www.wisegeek.com/what-does-a-car-radiator-do.htm

http://www.expertvillage.com/video/27218_cars-care-radiator-coolant.htm

http://www.encyclopedia.com/doc/1E1-hydromet.html

http://leebrewery.com/hydromet.htm

http://www.diynetwork.com/diy/lp_fish/article/0,2041,DIY_14062_2271617,00.html

http://video.aol.com/video-detail/auto-and-truck-battery-reconditioning-step-5/1607610001

http://www.ecawa.asn.au/home/jfuller/liquids/hydrometers.htm

http://www.grandpapencil.net/science/hydrom.htm

http://www.msp.umb.edu/salt_water_wedge.html

http://www.anytestkits.com/utk-specific-gravity-of-urine.htm

http://www.americanchemistry.com/s_plastics/hands_on_plastics2/introduction/default.asp