Comprendre et utiliser la radioactivité dans des

Comprendre et utiliser la
radioactivité dans des enquêtes
Understanding ans using radioactivity for Investigation
Saisir comment se produit la désintégration radioactive des noyaux,
grâce à des modèles et sans aucun danger ! Etablir et comprendre la loi
mathématique qui régit ce phénomène. Puis devenir un enquêteur et
résoudre des énigmes scientifiques grâce à cette loi.
"Safely investigate the radioactive decay of nuclei, with the help of models. State and
understand the mathematic Law that draws this phenomena. Then you will resolve scientific
enigma thanks to your new knowledge."
Langue :
Anglais
Classe(s) :
Terminale
Durée indicative :
2 séances
Rédacteurs
Cécile Maunoury, Lycée Jean Guéhenno, Flers
Objectifs disciplinaires
Il s'agit d'abord de mettre en pratique les connaissances acquises en cours (tronc commun) sur
la radioactivité : différents types, caractère aléatoire du phénomène, décroissance, constante de
temps (temps caractéristique).
La radioactivité est utilisée pour déterminer l'âge de certains terrains et de certains fossiles. Les
techniques sont diverses selon l'âge estimé, celle par le carbone 14 étant la plus connue.
Elle a d'ailleurs valu à son principal auteur le professeur Willard Frank LIBBY le prix Nobel de
chimie en 1960 : ) "pour ses travaux sur l'utilisation du carbone 14 comme élément de
détermination de l'ancienneté en archéologie, en géologie, en géophysique et en d'autres
sciences".
Les applications fascinent les élèves, à juste titre.
Références au programme
●
Programme de TS BOEN hors-série n°4 du 30 août 2001 page 80
B - Transformations nucléaires (2 TP - 7HCE)
1 - Décroissance radioactive
1.3 Loi de décroissance
Évolution de la population moyenne d'un ensemble de noyaux radioactifs :∆N = -λN∆t; N =
Noe
-L
t
Importance de l'activité Ι∆NΙ/∆t ; le becquerel.
Constante de temps :τ=l/λ.
Demi-vie :t1/2=τ/ln2 .
Application à la datation.
Source : www.emilangues.education.fr/ressources-pedagogiques/sequences/disciplines-non-linguistiques/comprendre-et-utiliser-la-radioactiv
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Niveaux de compétence en langue
Expression orale en interaction : B1 Compréhension de l'écrit : B1 Expression écrite : B1
Fiche analytique
Notion(s) centrale(s)
Connaître l'expression de la loi de décroissance et exploiter la courbe de décroissance.
Expliquer le principe de la datation, le choix du radioélément et dater un évènement.
Dimensions culturelle/interculturelle/interdisciplinaire
La séance 1 est inspirée d'une ressource pédagogique du SERC (Carleton College, Minnesota,
USA), pour les géosciences.
http://serc.carleton.edu/quantskills/methods/quantlit/RadDecay.html
On trouve sur ce site beaucoup d'autres propositions de travaux dirigés sur le même sujet.
Science Education Resource Center
Carleton College
One North College Street
Northfield, MN 55057 USA
Office - 507 222-5749
Fax - 507-222-5175
[email protected]
Activité(s) langagière(s) dominante(s) travaillée(s) au cours de la séquence
●
Interaction orale
●
Compréhension écrite
●
Production écrite
Exploitation pédagogique
Démarche pédagogique
- Il s'agit d'une séquence d'introduction.
●
La première séance est une séance de travaux pratiques (2h). Elle a lieu après une présentation
en cours (en français) de la structure des noyaux et de leur stabilité (carte N/Z) et des
désintégrations α??Β+???Β-.
* On introduit d'abord le caractère aléatoire et irréversible des désintégrations à l'aide du
modèle du popcorn. Le professeur réalise ces « désintégrations » de grains de maïs et les élèves
recherchent les adjectifs permettant de qualifier le phénomène. (15 minutes)
* Puis la loi de décroissance est découverte à l'aide du modèle des dés. Il s'agit alors d'une
séance de travaux dirigés, par équipes de 2. Les élèves utilisent des dés pour effectuer des
lancers et enregistrent leurs résultats dans un tableur. La manipulation du tableur n'est pas
Source : www.emilangues.education.fr/ressources-pedagogiques/sequences/disciplines-non-linguistiques/comprendre-et-utiliser-la-radioactiv
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nouvelle pour eux. Ils tracent la courbe représentative des données expérimentales et trouvent à
l'aide du tableur le meilleur modèle mathématique compatible avec ces données.
* On revient ensuite ensemble sur l'analogie des popcorns et on résume les notions essentielles
de la séance.
●
La deuxième séance est une séance de travaux pratiques (2h)
Elle est consacrée aux méthodes de datation, elle se compose d'exercices de difficulté
croissante.
* La séance commence par un exposé rapide du principe des méthodes de datation. On utilise
des sites web Anglo-saxons (15 min).
* Puis les élèves travaillent par groupes de 2 pour résoudre les énigmes proposées. Un bref
corrigé est donné par un élève au tableau avant de passer à l'énigme suivante.
* En fin de séance, 5 minutes sont consacrées à faire le point sur les méthodes de datation.
Évaluation
Proposition d'évaluation
Une évaluation est proposée à la fin de la fiche élève de la deuxième séance : par exemple, la
préparation peut être réalisée par les élèves à la maison et on peut faire une mise en commun en
classe, avec présentation à l'oral d'élèves volontaires (1h). On vérifie la bonne compréhension
des méthodes de datation et la capacité à reconnaître les paramètres du phénomène dans
l'énoncé (mise en équation).
Ouverture internationale et interdisciplinarité
Ouverture internationale
Les énigmes de la deuxième séance et de la partie évaluation peuvent être proposées à une
classe scientifique d'un établissement étranger anglophone apparié, et les élèves peuvent être
incités à chercher ensemble en communiquant par mails ou msn.
La radioactivité est étudiée en elle-même et pour ses applications dans pratiquement toutes les
universités et dans de nombreux centres de recherche.
La radioactivité, phénomène aléatoire, se prête bien à des études statistiques (suites) et à al
recherche de lois grâce aux tableurs grapheurs.
Prolongements dans la discipline
Il est difficile de passer beaucoup de temps en terminale sur la radioactivité. Les propriétés du
noyau intéressent évidemment les élèves par les autres multiples applications : production
d'énergie, applications thérapeutiques, stérilisation de plantes ...
L'équation différentielle (linéaire et du premier ordre) vérifiée par la taille de la population de
noyaux se retrouve dans de nombreux autres phénomènes (mécanique, électricité).
Interdisciplinarité
La relation entre cette séquence et les Sciences de La Vie et de Terre est évidente, l'utilisation
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de la datation des roches étant au programme de TS.
L'histoire-géographie est également partie prenante : datation des fossiles, des terrains, ...
Les mathématiques sont intéressées à un double titre. D'abord, l'étude des suites aléatoires grâce
à l'ordinateur. Ensuite, une proposition un peu étonnante et très récente des mathématiciens est
d'utiliser l'équation différentielle de la radioactivité avec sa solution exponentielle pour illustrer
et étudier les propriétés de cette fonction.
Séances
Séance n° 1/2
Radioactive decay with dice or popcorn ! " La
désintégration radioactive avec des dés ou du
popcorn !"
Matériel nécessaire
Ordinateurs avec tableurs et un vidéoprojecteur , maïs à pop-corn, et plaque chauffante. Par
groupe de deux élèves 50 dés dont une face est colorée, et un gobelet.
Documents et supports
Support documentaire
http://serc.carleton.edu/quantskills/methods/quantlit/RadDecay.html
On trouve sur ce site beaucoup d'autres propositions de travaux dirigés sur le même sujet.
Science Education Resource Center Carleton College
One North College Street Northfield, MN 55057 USA
Office - 507 222-5749 Fax - 507-222-5175
Objectifs
Objectifs disciplinaires
Connaître l'expression de la loi de décroissance et savoir exploiter la courbe de décroissance.
Connaître la définition et l'unité de la demi-vie.
Dimension culturelle/interculturelle/interdisciplinaire
Les pays latins ont souvent tendance à privilégier l'aspect mathématiques des phénomènes
étudiés. Les anglo-saxons savent utiliser des modèles simples et ludiques pour faire comprendre
l'essentiel. Celui du popcorn est bien caractéristique de la technique.
Par ailleurs, la radioactivité est considérée par beaucoup surtout comme un danger potentiel
pour l'humanité, même si elle a des applications intéressantes ou même irremplaçables (analyse,
production d'énergie, radiographie, thérapie, ..). En comprendre le mécanisme est une nécessité
à la fois pour les scientifiques et pour les autres.
Activité(s) langagière(s) dominante(s) travaillée(s) dans la séance
●
Interaction orale
●
Compréhension écrite
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●
Production écrite
Prérequis
Prérequis dans la discipline
La manipulation du tableur est connue par les élèves : saisie de données, tracé de graphes et
modélisation.
La fonction exponentielle a été introduite et étudiée en mathématiques.
Il s'agit d'une séquence d'introduction à la loi de désintégration radioactive.
La première séance a lieu après une présentation en cours (en français) de la structure des
noyaux et de leur stabilité (carte N/Z) et des désintégrations α, Β+ et Β-.
Prérequis linguistiques
B1 en compréhension orale et écrite.
Exploitation pédagogique
Notions centrales
Connaître la loi de désintégration radioactive et ses propriétés.
Démarche pédagogique
Cette séance est une séance de travaux pratiques (2h). Elle a lieu après une présentation en
cours (en français) de la structure des noyaux et de leur stabilité (carte N/Z) et des
désintégrations α, Β+, Β-.
* On introduit d'abord le caractère aléatoire et irréversible des désintégrations à l'aide du
modèle du popcorn. Le professeur réalise ces « désintégrations » de grains de maïs et les élèves
recherchent les adjectifs permettant de qualifier le phénomène. (Interaction orale : 15 minutes)
* Puis la loi de décroissance est découverte à l'aide du modèle des dés. Il s'agit alors d'une
séance de travaux dirigés, par équipes de 2. Les élèves utilisent des dés pour effectuer des
lancers et enregistrent leurs résultats dans un tableur. La manipulation du tableur n'est pas
nouvelle pour eux. Ils tracent la courbe représentative des données expérimentales et trouvent à
l'aide du tableur le meilleur modèle mathématique compatible avec ces données.
* On revient ensuite ensemble sur l'analogie des popcorns et on résume les notions essentielles
de la séance.
Séance n° 2/2
Scientific enigma - Puzzle them out with 14C dating «
Enigmes scientifiques, résolvez les grâce à la
datation au carbone 14 »
Matériel nécessaire
Ordinateur et vidéoprojecteur
Documents et supports
Support documentaire
http://tea.armadaproject.org/activity/tulley/thedatinggame_main.html
TEA Classroom activities
Source : www.emilangues.education.fr/ressources-pedagogiques/sequences/disciplines-non-linguistiques/comprendre-et-utiliser-la-radioactiv
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Teachers Experiencing Antarctica and the Arctic
This site is an archive site for the TEA Program and is not being updated as of January 19,
2005. There are currently no opportunities for teachers to participate in polar research
experiences via the TEA Program.
Teachers interested in participating in scientific research may contact the University of Rhode
Island Office of Marine Programs, home to the ARMADA Project. The ARMADA Project is a
mentoring and research experience program for K-12 teachers. It places teachers in research
projects all over the world, including the polar regions. For information and application
materials please visit The ARMADA project Home Page.
Address questions about the site to: [email protected]
Objectifs
Objectifs disciplinaires
Utiliser l'expression de la loi de décroissance et la demi-vie d'un noyau radioactif pour effectuer
une datation. Expliquer le principe de la datation, le choix du radioélément et dater un
évènement.
Dimension culturelle/interculturelle/interdisciplinaire
Voir fiche séquence.
Activité(s) langagière(s) dominante(s) travaillée(s) dans la séance
●
Interaction orale
●
Compréhension écrite
●
Production écrite
Prérequis
Prérequis dans la discipline
La fonction exponentielle est connue et la loi de décroissance radioactive depuis la séance 1.
Prérequis linguistiques
B1 en compréhension orale et écrite.
Exploitation pédagogique
Notions centrales
Les méthodes de datation par éléments radioactifs.
Démarche pédagogique
Cette séance est une séance de travaux dirigés (2h)
Elle est consacrée aux méthodes de datation, elle se compose d'exercices de difficulté
croissante.
* La séance commence par un exposé rapide du principe des méthodes de datation. On utilise
des sites web Anglo-saxons (15 min).
* Puis les élèves travaillent par groupes de 2 pour résoudre les énigmes proposées. Un bref
Source : www.emilangues.education.fr/ressources-pedagogiques/sequences/disciplines-non-linguistiques/comprendre-et-utiliser-la-radioactiv
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corrigé est donné par un élève au tableau avant de passer à l'énigme suivante.
* En fin de séance, 5 minutes sont consacrées à faire le point sur les méthodes de datation.
Documents et ressources
Fiche élève séance 1
●
Physics Lab N3.pdf
Fiche professeur séance 1
●
Physics Lab N3-key.pdf
Fiche élève séance 2 + background information + évaluation
●
datingB.pdf
Source : www.emilangues.education.fr/ressources-pedagogiques/sequences/disciplines-non-linguistiques/comprendre-et-utiliser-la-radioactiv
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