DS interactions fondamentales radioactivité

[znamrv]

Bonjour,

ci-joint un DS avec notamment un 3ème exercice type résolution de problème.
C'est peut-être un peu dur, on verra bien.

[elo278]

Bonjour,
je viens de jeter un coup d'oeil au devoir que vous proposez et j'ai plusieurs questions:
Exercice 1: en cours vous leur avez donner la loi de coulomb sous cette forme? ou alors ils ont découvert cette notation lors du DST?
la tâche complexe à la fin est sympa, mais je me demande comment avez-vous fait pour appliquer un barème dessus sans trop pénaliser ceux qui partent totalement à côté…
Combien de temps avez-vous laissez aux élèves pour réaliser ce devoir? (j'hésite entre 1h et 1h15… et encore vu la tâche complexe cela me parai un peu juste).
Et dernière question… comment les élèves ont-ils réussi ces exercices?

En tout cas merci pour le partage

[znamrv]

Bonjour,

oui, on a travaillé la force électrique en AP sous cette forme. J'ai expliqué que 1/4piepsilon est une constante au même titre que G.
Ce qui leur a posé problème c'est plutôt de trouver la valeur de la charge des ions...
J'ai des séances de 1h25, donc le devoir a duré environ 1h20. Les ex. I et II sont très faciles, donc ils assurent un minimum de points en peu de temps, et le reste est sur l'ex III.
J'ai une notation par "objectifs" (voir PJ), et j'ai assigné seulement 3 points pour la résolution de problème (+2 points pour la relation d'équivalence masse énergie). C'est pas très cher payé, mais comme c'est la première en DS je ne veux surtout pas les pénaliser.
J'ai deux classes et les exercices I et II n'ont pas posé de problème aux élèves ayant appris leur cours.
Par contre seulement environ 10 % des élèves sont allés au bout de la résolution (ce qui était prévu, compte tenu de l'entraînement fait sur une autre RdP)
Mais tous ou presque ont joué le jeu et cherché quelque chose (ils sont très nombreux à avoir appliqué une méthode de résolution d'exercice travaillée en cours (pour le calcul de l'énergie libérée par la fission d'1g d'uranium mais qui ne permettait pas de conclure)).

[taumataroa]

@znamrv
Concernant la dernière question de la résolution de problème, qu'attendais tu comme réponse ? Je trouve cela peu intuitif pour un élève de 1ère S.
Faut-il comprendre, que 1 mg de Cf libère en tout 39 J d'énergie en tout ?
De plus, dans ma résolution je n'ai pas utilisé la masse molaire atomique et le nombre d'Avogadro proposés.
Merci pour tes précisions.

[znamrv]

Pour la résolution, ils peuvent (selon des exemples travaillés en classe)
- écrire l'équation de désintégration, qui libère 3 neutrons
- déterminer l'énergie libérée par la fission d'un noyau de Cf
- avec le nombre de neutrons, déterminer le nombre de noyaux qui se désintègrent par seconde pour un microg, puis pour 1 g
- en déduire l'énergie libérée par seconde pour 1g, donc la puissance (on trouve ainsi 24.7 W)
Effectivement, on n'a pas besoin de Na et M ici. Ces données peuvent être utiles pour répondre aux questions complémentaires pour les plus rapides.

Commentaires attendus :
24.7 < 39, mais l'ordre de grandeur est bon
Le calcul est basé sur une seule transformation, l'énoncé suggère qu'il y en a d'autres, avec des énergies et nombres de neutrons probablement différents.
Les produits de fission sont eux-même radioactifs (trop riches en neutrons) et vont en se désintégrant libérer de l'énergie thermique à prendre en compte.

Bon c'est un exercice complètement inventé... donc loin d'être parfait. Je voulais juste confronter les élèves à un exercice non guidé, dont ils ne voient pas la solution tout de suite et pour lequel ils sont obligés de tenter des calculs. Le fait que ce ne soit pas intuitif, c'est normal, mais il faut bien commencer un jour à se confronter à un peu de difficulté, et à critiquer un résultat en fonction des hypothèses faites.

[taumataroa]

Merci pour ta réponse exhaustive. De plus il est vraiment bien ton exercice.

Ok pour la résolution de la 1ère question, j'avais bien trouvé cela 24,7 W pour un 1g, mais les 39 W sont relatif à 1 microgramme... non ?

De plus j'ai du mal à comprendre, comment les élèves "en déduisent la durée nécessaire à la fission totale d'un gramme de californium"... Pour ma part j'ai fait que l'hypothèse que le "39 W de chaleur", correspondait en fait 39 J libérés en tout pour un microgramme ? Soit (39x1000 000)/24,7 = 18 j environ.. ??

[znamrv]

Tu as raison on ne peut pas en déduire la durée pour la fission d'1g de californium, vu qu'il n'y a aucune donnée sur la demi-vie.

J'avais rajouté cette question sans vraiment y réfléchir, au cas où des élèves terminent rapidement et se retrouvent sans rien à faire, avec l'idée qu'ils utilisent la formule P= E/t, en utilisant E trouvée à la question précédente, et P = 39 W (supposée constante, ce qui est faux). La question est donc à supprimer !

Par contre 39 W c'est bien pour 1 g.

[taumataroa]

Un élève m'a proposé une correction, et je n'y vois à redire.
Hypothèse le nombre de désintégration est constant dans le temps.
Puisque 1 microgramme produit 2310000 neutrons par seconde, ce qui correspond à 770000 désintégrations par seconde. Donc 770000 noyaux en moins par seconde. Dans un 1g il y aura donc 770000x10+6 noyaux en moins par seconde.
De plus dans un 1g il y a 0,001/(252,08162*1u=1,66054.10-27) =2,4.10+21 noyaux.
Soit 2,4.10+21/(770000x10+6) =3,1.10+15 s = 98 ans.
Voilà CQFD.

[znamrv]

Pour l'élève, rien à redire, avec l'hypothèse que l'activité est constante.
Préciser lors de la correction que ce n'est pas le cas (décroissance exponentielle de l'activité), mais que tout de même l'ordre de grandeur trouvé est bon !

[znamrv]

Même thème, nouveau sujet avec une base Curiosity, inspiré d'un sujet Abitur Bavière 2012.
Je suis conscient que ce sujet est compliqué, mais je sollicite quand même l'avis éclairé de la communauté.