Version prof → Mathématiques · Lycée professionnel · 1re · Première

Séquence 6 · Géométrie dans l'espace : solides usuels, sections et volumes

Quelle quantité de grain un silo peut‑il contenir ? Que voit‑on quand on coupe un solide par un plan ?

Repères pour le professeur

Voie · niveauLycée professionnel (Bac Pro) · Première
DisciplineMathématiques
Programme officielProgramme de mathématiques de 1re professionnelle, BO spécial n°1 du 6 février 2020 (groupements A, B et C) : suites arithmétiques, polynômes de degré 2, fonction dérivée.
Place dans le programmeProgramme de mathématiques de première professionnelle (BO spécial n°1 du 6 février 2020), domaine « Géométrie », module « Géométrie dans l'espace »
Durée totale2 séances + 1 évaluation ≈ 3 h 05
ModalitéEnseignement à distance : classe virtuelle + travail autonome + rendu sur l'ENT

Objectifs et capacités

Objectifs

Capacités travaillées (BO)

Notions et définitions

pavé droit, cylindre, cône, pyramide, bouleperspective cavalière, patronsection planevolume, capacité, conversionssolide composé

Repères historiques

Ressources de la séquence

Ancrage dans le programme, notions, repères, débats, bibliographie et différenciation, communs à toutes les séances.

Ancrage dans le programme officiel

Problèmes : « ils résolvent des problèmes mettant en jeu des solides ou leur section par un plan. »

Outils numériques : « Dans le cadre de la résolution de problèmes, l'utilisation de logiciels de géométrie dynamique donne aux élèves une plus grande autonomie et encourage leur prise d'initiative. »

Compétences : « valider : critiquer un résultat, argumenter ; contrôler la vraisemblance d'une conjecture ; mener un raisonnement logique et établir une conclusion »

Certification (arrêté du 17 juin 2020, annexe III) : en contrôle en cours de formation, deux situations d'évaluation en première et terminale : « Ces situations d'évaluation ont chacune une durée de quarante-cinq minutes environ et sont notées sur 10 points. » « Un exercice au moins comporte une ou deux questions dont la résolution se fait en présence de l'examinateur. » Pour les candidats hors CCF : « L'épreuve, d'une durée d'une heure, est une évaluation écrite et pratique, notée sur 20 points se déroule en fin de cursus de formation. »

Notions : définitions rigoureuses

Pavé droit
V = L × l × h.
Cylindre
V = π × r² × h.
Cône, pyramide
V = (1/3) × aire de la base × h.
Boule
V = (4/3) × π × r³.
Section plane
Intersection d'un solide et d'un plan : rectangle, disque, triangle, carré…
Capacité
1 dm³ = 1 L ; 1 m³ = 1000 L.

Repères

DateÉvénement
IIIe siècle av. J.‑C.Archimède établit le volume de la sphère, les deux tiers du cylindre qui la contient.
1635Cavalieri compare les volumes par leurs sections.
1799Monge publie la Géométrie descriptive, base du dessin technique.
Aujourd'huiLa conception assistée par ordinateur représente et calcule les solides.

Les historiens en débat

Archimède était si fier de son résultat sur la sphère et le cylindre qu'il voulut le voir gravé sur sa tombe. Le principe de Cavalieri compare des volumes par leurs sections planes ; la géométrie descriptive de Monge a donné le dessin technique, ancêtre des logiciels de conception utilisés aujourd'hui dans les ateliers et bureaux d'études. Synthèse du professeur.

Pour aller plus loin

Sources et bibliographie

Différenciation : un rythme de travail différent

Déroulé d'ensemble

SéanceTitreDuréeObjectif
Séance 1Solides et sections65 minreconnaître les solides usuels et leurs sections planes
Séance 2Volumes de solides composés65 mincalculer le volume d'un solide composé et convertir
ÉvaluationÉvaluation de fin de séquence (/20)55 minVérifier les acquis : connaissances, capacités, rédaction

Chaque séance dure environ 55 minutes à distance : lancement en classe virtuelle ou par message sur l'ENT, recherche du problème (calculatrice, tableur, GeoGebra ou Python dans le navigateur), mise en commun, cours et trace écrite. Les élèves renvoient la fiche à trous et leur production par l'ENT ou en photo.

Séance 1 · Solides et sections

65 min

Séance approfondie : cours développé, documents sourcés, activités exigeantes, corrigés et barème.

Problématique de la séance

Que voit‑on quand on tranche un solide ?

Déroulé minuté à distance

Le cours développé (récit du professeur) · Sections planes

Les solides usuels sont le pavé droit (et le cube), le cylindre, le cône, la pyramide et la boule. On les représente en perspective cavalière (les arêtes cachées en pointillés). La section d'un solide par un plan est la figure obtenue en le coupant : pavé coupé parallèlement à une face, un rectangle identique à la face ; cylindre coupé parallèlement à la base, un disque de même rayon ; cône ou pyramide coupé parallèlement à la base, une réduction de la base ; boule coupée par un plan, un disque (le plus grand passe par le centre).

Document 1 · La découpe en atelier

Situation-problème.

Un atelier de menuiserie et de chaudronnerie découpe des pièces : une poutre en forme de pavé (20 cm × 10 cm × 2 m), un tube cylindrique plein de rayon 5 cm, un cône en métal de rayon 6 cm et de hauteur 12 cm, une boule décorative de rayon 8 cm.

Source : Situation construite pour la séance par le professeur (données fictives, choisies pour être réalistes).

Activité 1 · S'approprier

12 min
Essentiel

Supports : Document 1

Consigne :

Nommez les sections.

  1. Poutre coupée parallèlement à sa petite face ?
    ✔ Corrigé :

    Un rectangle de 20 cm × 10 cm.

  2. Tube coupé parallèlement à sa base ?
    ✔ Corrigé :

    Un disque de rayon 5 cm.

  3. Boule coupée par un plan passant par son centre ?
    ✔ Corrigé :

    Un disque de rayon 8 cm.

Critère de réussitePoints
S'approprier, réaliser6
Total de l'activité6

Activité 2 · Réaliser

18 min
Essentiel

Supports : Cours

Consigne :

Le cône est coupé parallèlement à sa base, à mi‑hauteur.

  1. Nature de la section ?
    ✔ Corrigé :

    Un disque.

  2. Rayon (réduction de rapport 1/2) ?
    ✔ Corrigé :

    3 cm.

  3. Aire de cette section ?
    ✔ Corrigé :

    π × 9 ≈ 28,3 cm².

Critère de réussitePoints
Analyser, raisonner, réaliser7
Total de l'activité7

Activité 3 · Communiquer

15 min
Travail à rendre

Supports : Documents et cours

Consigne :

Rédigez une fiche de consignes (6 lignes) pour un apprenti : comment prévoir la forme d'une section avant la découpe ? Pour bien commencer : Pour un solide coupé parallèlement à… · Si le solide est un cône, … · Avant de couper, il faut…

✔ Corrigé rédigé :

Règles pour au moins trois solides ; vocabulaire précis ; réduction pour le cône ; clarté.

Critère de réussitePoints
Valider5
Communiquer2
Total de l'activité7

Trace écrite (à faire recopier ou à déposer sur l'ENT)

La section d'un pavé parallèle à une face est un rectangle. La section d'un cylindre parallèle à la base est un disque. Le cône coupé parallèlement à sa base donne une réduction de la base. Les arêtes cachées sont en pointillés.

Barème récapitulatif des activités notées

ActivitéPoints
Activité 1 · S'approprier6
Activité 2 · Réaliser7
Activité 3 · Communiquer7
Total20 / 20

Séance 2 · Volumes de solides composés

65 min

Séance approfondie : cours développé, documents sourcés, activités exigeantes, corrigés et barème.

Problématique de la séance

Combien de grain dans le silo ?

Déroulé minuté à distance

Le cours développé (récit du professeur) · Volumes

Formules : pavé V = L × l × h ; cylindre V = π × r² × h ; cône et pyramide V = (1/3) × aire de la base × h ; boule V = (4/3) × π × r³. Un solide composé se découpe en solides usuels dont on additionne (ou soustrait) les volumes. On garde la valeur exacte (avec π) le plus longtemps possible, puis on arrondit. Conversions : 1 m³ = 1000 dm³ = 1000 L. La masse se déduit du volume par la masse volumique.

Document 1 · Le silo agricole

Situation-problème.

Une coopérative agricole possède un silo formé d'un cylindre de rayon 3 m et de hauteur 8 m, surmonté d'un toit conique de même rayon et de hauteur 2 m.

Source : Situation construite pour la séance par le professeur (données fictives, choisies pour être réalistes).

Activité 1 · S'approprier

12 min
Essentiel

Supports : Document 1

Consigne :

Décomposez.

  1. Quels solides ?
    ✔ Corrigé :

    Un cylindre et un cône.

  2. Aire de la base commune ?
    ✔ Corrigé :

    π × 9 = 9π m².

  3. Unités du résultat ?
    ✔ Corrigé :

    m³.

Critère de réussitePoints
S'approprier, réaliser6
Total de l'activité6

Activité 2 · Analyser, raisonner

18 min
Essentiel

Supports : Cours

Consigne :

Calculez.

  1. Volume du cylindre ?
    ✔ Corrigé :

    72π ≈ 226,2 m³.

  2. Volume du cône ?
    ✔ Corrigé :

    6π ≈ 18,8 m³.

  3. Volume total en litres ?
    ✔ Corrigé :

    78π ≈ 245 m³, soit environ 245 000 L.

Critère de réussitePoints
Analyser, raisonner, réaliser7
Total de l'activité7

Activité 3 · Valider, communiquer

15 min
Travail à rendre

Supports : Documents et cours

Consigne :

Le grain pèse environ 0,75 t par m³ et seul le cylindre est rempli. Rédigez un message au responsable (6 à 8 lignes) : quelle masse stockée, combien de camions de 25 t pour la transporter ? Pour bien commencer : Le volume rempli est… · La masse correspondante est… · Il faut donc… camions

✔ Corrigé rédigé :

Volume 226,2 m³ ; masse ≈ 169,6 t ; 7 camions (6,8 arrondi à l'entier supérieur) ; justification de l'arrondi ; clarté.

Critère de réussitePoints
Valider5
Communiquer2
Total de l'activité7

Trace écrite (à faire recopier ou à déposer sur l'ENT)

Le volume d'un cylindre est π × r² × h. Le volume d'un cône est le tiers de celui du cylindre de même base et même hauteur. 1 m³ = 1000 L. Un solide composé se découpe en solides usuels.

Barème récapitulatif des activités notées

ActivitéPoints
Activité 1 · S'approprier6
Activité 2 · Analyser, raisonner7
Activité 3 · Valider, communiquer7
Total20 / 20

Fiche à trous · corrigé

La section d'un cylindre par un plan parallèle à sa base est un disque.

Le volume d'un cylindre est V = π × r² × h.

Le volume d'un cône est le tiers de celui du cylindre de même base et même hauteur.

1 m³ = 1000 L.

La version élève contient la même fiche avec une banque de mots (papier ou ENT).

Évaluation de fin de séquence (/20) · barème et corrigé

Évaluation sur 20 à faire en temps limité sur l'ENT ou sur papier, puis à renvoyer en photo ; le corrigé et le barème servent aussi à l'autoévaluation. En Bac Pro, elle est construite comme une situation de contrôle en cours de formation (problème contextualisé, compétences évaluées) ; en 1re générale, elle prépare à l'épreuve anticipée (automatismes sans calculatrice et exercices) ; en Terminale générale, aux exercices indépendants de l'épreuve de spécialité.

N°QuestionBarèmeCorrigé et critères
1Donnez la nature de la section d'un pavé droit par un plan parallèle à une face, et celle d'une boule par un plan.4 ptsUn rectangle de mêmes dimensions que la face ; un disque. 2 points chacun.
2Un silo est formé d'un cylindre de rayon 3 m et de hauteur 8 m, surmonté d'un cône de même rayon et de hauteur 2 m. Calculez le volume total, valeur exacte puis arrondie au m³.8 ptsCylindre : π × 9 × 8 = 72π ; cône : (1/3) × π × 9 × 2 = 6π ; total 78π ≈ 245 m³. Cylindre (3 pts), cône (3 pts), total (2 pts).
3Le grain a une masse volumique d'environ 0,75 tonne par m³. Le silo est rempli aux trois quarts du cylindre seulement. Un camion transporte 25 tonnes. Combien de camions faut‑il pour vider le silo ? Justifiez. Pour bien commencer : *Le volume de grain est…* · *Sa masse est donc…* · *Il faut au moins… camions car…*8 ptsVolume : 0,75 × 72π ≈ 169,6 m³ ; masse ≈ 127,2 t ; 127,2 / 25 ≈ 5,1 : il faut 6 camions. Volume (3 pts), masse (2 pts), conclusion arrondie à l'entier supérieur (3 pts).
Total20 pts

Pistes pour un rythme de travail différent