Modappi

Mesures et incertitudes en laboratoire, un guide pour les sciences expérimentales



Titre :

Mesures et incertitudes en laboratoire

Distinctions :


 

Prix :


 
  • (11,99 $ + taxes) / 3 ans pour les étudiants
  • Gratuit* pour les enseignants

* Si nous obtenons la confirmation que vous êtes un enseignant d'un établissement scolaire reconnu, vous pourrez obtenir un abonnement à un cours clé en main gratuitement pour le cours de votre choix. Le choix des établissements scolaires reconnus relève de notre entière discrétion. Modappi pourra refuser une demande d'accès gratuit ou revenir sur sa décision si elle a des motifs raisonnables de le faire, à sa seule discrétion. Modappi se réserve le droit de cesser d'offrir l'accès gratuit à ses abonnements en tout temps.

Auteur :

Eric Laflamme

Collaboration :

Benoît Villeneuve

Révision linguistique :

Catherine Dumont

Niveau scolaire :

Collégial

Adapté pour les cours suivants :

Physique mécanique (203-NYA-05), Électricité et magnétisme (203-NYB-05), Ondes et physique moderne (203-NYC-05), Chimie générale : la matière (202-NYA-05) et Chimie des solutions (202-NYB-05).

Nombre de questions :

306

Système requis :

PC ou Mac (technologie actuellement disponible dans les établissements scolaires québécois) et l'installation du logiciel Flash d'Adobe.

Élément de compétence :

vérifier expérimentalement quelques lois et principes reliés à la physique.

Critères de performance :

jugement critique des résultats, interprétation des limites des modèles, expérimentation minutieuse, utilisation appropriée des instruments de mesure et présence des éléments constituants d'un rapport de laboratoire selon les normes établies.

Contexte d'utilisation :

Pour les étudiantes et les étudiants en sciences, les notions de base en science expérimentale sont essentielles. Ces notions sont généralement enseignées dès les premières semaines des cours de physique mécanique (203-NYA-05) et de chimie générale (202-NYA-05). Par contre, dans le contexte d'un laboratoire, la maîtrise de ces notions est difficile et laborieuse. En effet, ces notions de base s'ajoutent souvent aux difficultés techniques reliées à chaque laboratoire. Ainsi, le cours clé en main « Mesures et incertitudes en laboratoire » permet aux étudiantes et aux étudiants de bénéficier d'un environnement propice à l'apprentissage puisqu'il est contrôlé, virtuel et rétroactif. Les étudiantes et étudiants peuvent alors se concentrer sur les notions de base et les maîtriser parfaitement sans se préoccuper des difficultés reliées à l'exécution technique des laboratoires.

Description :

À l'aide d'un module d'apprentissage interactif, d'un contenu théorique accessible via des diapositives d'introduction et d'une vingtaine d'animations interactives et rétroactives générant des exercices aléatoires autocorrigés, le cours clé en main « Mesures et incertitudes en laboratoire » permet aux étudiantes et aux étudiants de niveau collégial en « Sciences de la nature » de maîtriser parfaitement les notions de base en sciences expérimentales sans se préoccuper des difficultés reliées à l'exécution technique des laboratoires.

Les enseignantes et les enseignants, quant à eux, profitent d'un outil d'édition flexible qui leur permet d'adapter le contenu théorique et les questions de ce cours clé en main à leurs besoins. Les enseignantes et les enseignants peuvent ainsi modifier les évaluations provenant de ce cours, les soumettre à leurs étudiants, puis avoir accès sans effort à leurs résultats.

Table des matières (plus de 180 pages de contenu théorique) :

1 Notions de base sur les mesures et incertitudes
1.1- Les unités du système international (SI)
1.2- La notation scientifique et les chiffres significatifs
1.3- L’utilisation de préfixes
1.4- Le vocabulaire de base
1.5- Les règles d’écriture
1.6- Le diagramme de comparaison
1.7- Les résultats expérimentaux égaux (ou compatibles)
 
2 Les instruments de mesure
2.1- L’incertitude due à un thermomètre gradué (et autres instruments de mesure gradués nécessitant une seule lecture)
2.2- L’incertitude due à une règle graduée (et autres instruments de mesure gradués nécessitant deux lectures)
2.3- L’incertitude due à un appareil de mesure à affichage numérique
2.4- L’incertitude fournie par le fabricant
2.5- Les Appareils de mesure ayant une résolution non automatisée
2.6- Le pied à coulisse muni d'un vernier
 
3 Rappel mathématique
3.1- La conversion de préfixes et d’unités
  • 3.1a- La conversion de préfixes
  • 3.1b- La conversion d’angles
  • 3.1c- La conversion de vitesses
 
4 La propagation des incertitudes
4.1 La méthode des extrêmes
  • 4.1.1 L’incertitude
  • 4.1.2 La meilleure estimation
  • 4.1.3 Règle lors de calculs intermédiaires
4.2.1 « Méthode des extrêmes » lors de l’addition de deux résultats expérimentaux
  • 4.2.2 Règle simple lors de l’addition de deux résultats expérimentaux
4.3.1 « Méthode des extrêmes » lors de la soustraction de deux résultats expérimentaux
  • 4.3.2 Règle simple lors de la soustraction de deux résultats expérimentaux
4.4.1 « Méthode des extrêmes »  lors de la multiplication de deux résultats expérimentaux
  • 4.4.2 Règle simple lors de la multiplication de deux résultats expérimentaux
4.5.1 « Méthode des extrêmes » lors de la division de deux résultats expérimentaux
  • 4.5.2 Règle simple lors de la division de deux résultats expérimentaux
4.6.1 Règle simple lorsqu’un résultat expérimental est mis à l’exposant
4.7 Présence d’une constante sans incertitude dans le calcul d’un résultat expérimental
  • 4.7.1 Le cas d’une constante qui divise un résultat expérimental
  • 4.7.2 Le cas d’une constante qui multiplie un résultat expérimental
  • 4.7.3 Le cas d’une constante au numérateur et d’un résultat expérimental au dénominateur
4.8 La méthode différentielle afin de prouver les règles simples
  • 4.8.1 Le cas de l’addition de deux résultats expérimentaux
  • 4.8.2 Le cas de la soustraction de deux résultats expérimentaux
  • 4.8.3 Le cas de la multiplication de deux résultats expérimentaux
  • 4.8.4 Le cas de la division de deux résultats expérimentaux
  • 4.8.5 Le cas d’un résultat expérimental mis à l’exposant
4.9 L’incertitude provenant de fonctions complexes (méthode des règles simples)
  • 4.9.1 Les fonctions complexes composées de plusieurs types d’opération mathématique (addition, soustraction, multiplication et division)
  • 4.9.2 Les fonctions complexes composées de plusieurs types d’opération mathématique (exposants et constantes n’ayant pas d’incertitude)
4.10 L’incertitude provenant de fonctions complexes (méthode des extrêmes)
  • 4.10.1 Les fonctions complexes strictement croissantes ou décroissantes dans l’intervalle ciblé
  • 4.10.2 Les fonctions complexes passant par un maximum ou un minimum local
  • 4.10.3 Les fonctions complexes pouvant tendre vers l’infini
  • 4.10.4  Les fonctions complexes composées de plusieurs types d’opération mathématique (méthode des extrêmes)
  • 4.10.4.1 Les fonctions complexes composées de plusieurs types d’opération mathématique (addition, soustraction, multiplication et division)
  • 4.10.5 Les fonctions complexes composées de plusieurs types d’opération mathématique (exposants et constantes n’ayant pas d’incertitude)
4.11.1 Utilité de la dérivée afin de déterminer si une fonction est croissante, décroissante ou si elle passe par un extremum
  • 4.11.2 L’incertitude provenant de fonctions complexes strictement croissantes ou décroissantes dans un intervalle ciblé
  • 4.11.3 Les fonctions complexes composées de plusieurs types d’opération mathématique (addition, soustraction, multiplication et division)
 
5 Contexte expérimental
5.1.1 Erreur aléatoire et erreur systématique
  • 5.1.2 Exemples d’erreur systématique
  • 5.1.2.1 Erreur systématique provenant d’un instrument mal calibré
  • 5.1.2.2 Erreur systématique provenant d’une erreur de lecture
  • 5.1.2.3 Erreur systématique provenant de manipulations inadéquates
5.2.1 Évaluation de l’incertitude due au contexte expérimental
  • 5.2.2 Évaluation de l’incertitude due au temps de réaction d’un être humain
  • 5.2.3 Évaluation de l’incertitude d’une mesure directe à l’aide de la « méthode des extrêmes »
5.3.1 Évaluation de l’incertitude due à l’effet parallaxe
5.4.1 Incertitude provenant d’un petit nombre de mesures répétées
  • 5.4.2 Mesures répétées égales
  • 5.4.3 Mesures répétées qui ne sont pas égales
  • 5.4.4 Arrondir une mesure répétée
 
6 Présentation des résultats
6.1 Présentation des tableaux
6.2 Présentation des graphiques
6.3 Changement de variable et linéarisation d’un graphique
6.4 Échelle logarithmique ou semi-logarithmique d’un graphique
 
7 Analyse des résultats provenant d’un graphique
7.1.1 Détermination de la courbe de tendance
  • 7.1.2 Exemple du calcul permettant de trouver les paramètres de la meilleure droite d’une série de données expérimentales
7.1.3 Le coefficient de détermination R2
  • 7.1.4 Exemple de calcul permettant de trouver le coefficient de détermination R2 d’une série de points
7.2 Les points singuliers
7.3.1 Incertitudes sur la pente et l’ordonnée à l’origine d’une droite (méthode centrée)
  • 7.3.2 Incertitudes sur la pente et l’ordonnée à l’origine d’une droite (méthode non centrée)
  • 7.3.3 Mise en garde à propos des méthodes graphiques permettant de trouver les incertitudes sur la pente et l’ordonnée à l’origine d’une droite
7.4.1 Évaluer la pertinence d’un modèle théorique
  • 7.4.2 Conditions supplémentaires permettant d’évaluer la pertinence d’une modèle théorique
  • 7.4.3 Exemple d’évaluation de la pertinence d’un modèle théorique
  • 7.4.4 Cas particulier lorsque la pente ou l’ordonnée à l’origine ne correspond pas directement à la variable nous permettant de vérifier la théorie

À propos de la section sur la propagation des incertitudes, voici la liste des 58 équations mathématiques qui peuvent être soumises sous forme d’exercices aléatoires autocorrigés :
 

Addition, soustraction, multiplication et division

equations-mathematiques-I

Exposant (n = 1/2, 2 et 3)

equations-mathematiques-exposantequations-mathematiques-III

Constante sans incertitude (N = 1, 2, 3 et π)

equations-mathematiques-constanteequations-mathematiques-II

Constante sans incertitude, exposant, multiplication et division

equations-mathematiques-IV

Équations particulières (optique, résistances en parallèle, condensateurs en série, Pythagore et cinématique)

equations-mathematiques-V

Sinus, cosinus, tangente, exponentielle et logarithme

equations-mathematiques-VI

 
Modappi © 2017