Électricité au cycle central by Canopé, académie de Lille

Sommaire

PRÉFACE ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 7 AVANT-PROPOS –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 9 LES TEXTES OFFICIELS LE PROGRAMME DE PHYSIQUE-CHIMIE AU COLLÈGE ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 15

INTRODUCTION AU PROGRAMME D’ÉLECTRICITÉ EN 5e –––––––––––––––––––– 25 PROGRESSION –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 30 THÈME 1 : LE CIRCUIT ÉLECTRIQUE LES INSTRUCTIONS OFFICIELLES ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 33 A0 - ÉVALUATION DIAGNOSTIQUE : VÉRIFICATION DES CONNAISSANCES RELATIVES AU CIRCUIT ÉLECTRIQUE –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 35 A1 - DÉMARCHE D’INVESTIGATION : EXPÉRIMENTATION POUR RÉALISER UN CIRCUIT SIMPLE, REPÉRAGE D’UNE BOUCLE –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 37 A2 - INFORMATION PRATIQUE : COMMENT RECHERCHER EXPÉRIMENTALEMENT UNE PANNE –––––––– 39 A3 - ÉTUDE DOCUMENTAIRE : LE CIRCUIT ÉLECTRIQUE D’UNE LAMPE TORCHE ––––––––––––––––– 40 A4 - THÈME DE CONVERGENCE SÉCURITÉ : LES DANGERS DU SECTEUR –––––––––––––––––––––– 42 A5 - HISTOIRE DES SCIENCES : ÉVOLUTION DE L’ÉCLAIRAGE, DU FEU À LA LAMPE –––––––––––––– 45 A6 - ÉVALUATION EXPÉRIMENTALE : LE CIRCUIT ÉLECTRIQUE EN BOUCLE SIMPLE ––––––––––––––– 47 A7 - ÉVALUATION GÉNÉRALE : LE CIRCUIT ÉLECTRIQUE ––––––––––––––––––––––––––––––––– 50 THÈME 2 : CONDUCTEURS ET ISOLANTS ; SENS DU COURANT ÉLECTRIQUE LES INSTRUCTIONS OFFICIELLES ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 53 B1 - ACTIVITÉS EXPÉRIMENTALES : CONDUCTEURS ET ISOLANTS ––––––––––––––––––––––––––– 54 B2 - ACTIVITÉS EXPÉRIMENTALES : LE SENS DU COURANT ÉLECTRIQUE –––––––––––––––––––––– 57 B3 - HISTOIRE DES SCIENCES : BENJAMIN FRANKLIN ET LE PARATONNERRE–––––––––––––––61 B4 - THÈME DE CONVERGENCE SÉCURITÉ : LES DANGERS DE L’ÉLECTROCUTION –––––––––––––––– 62 B5 - ÉVALUATION EXPÉRIMENTALE : CONDUCTEURS ET ISOLANTS ; SENS CONVENTIONNEL DU COURANT ÉLECTRIQUE ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 65 B6 - ÉVALUATION GÉNÉRALE –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 68 THÈME 3 : LE CIRCUIT EN SÉRIE LES INSTRUCTIONS OFFICIELLES ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 69 C1 - ACTIVITÉS EXPÉRIMENTALES : LE CIRCUIT EN SÉRIE –––––––––––––––––––––––––––––––– 71 C2 - RECHERCHE EXPÉRIMENTALE D’UNE PANNE –––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 74 C3 - ÉVALUATION GÉNÉRALE –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 76

Sommaire

THÈME 4 : CIRCUIT ÉLECTRIQUE COMPORTANT DES DÉRIVATIONS LES INSTRUCTIONS OFFICIELLES –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– D1 - ACTIVITÉS EXPÉRIMENTALES : CIRCUIT COMPORTANT DES DÉRIVATIONS ; REPÉRAGE DES BOUCLES –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– D2 - ACTIVITÉS DOCUMENTAIRES : L’INSTALLATION ÉLECTRIQUE D’UNE VOITURE –––––––––––––– D3 - THÈME DE CONVERGENCE SÉCURITE : LES DANGERS D’UNE MULTIPRISE ––––––––––––––––– D4 - HISTOIRE DES SCIENCES : LES FUSIBLES EN PLOMB, LE SATURNISME –––––––––––––––––––– D5 - ÉVALUATION EXPÉRIMENTALE : ÉTUDE D’UN CIRCUIT COMPORTANT DES DÉRIVATIONS –––––––– D6 - ÉVALUATION GÉNÉRALE ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

79 80 85 87 88 90 93

INTRODUCTION AU PROGRAMME D’ÉLECTRICITÉ EN 4e –––––––––––––––––––– 97 PROGRESSION –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 99 THÈME 1 : L’INTENSITÉ DU COURANT ÉLECTRIQUE LES INSTRUCTIONS OFFICIELLES –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 107 A0 - ÉTUDE DOCUMENTAIRE : TOUTE LA LUMIÈRE SUR VOTRE SCOOTER ––––––––––––––––––––– 108 A1 - FICHE MÉTHODE : MESURE DE L’INTENSITÉ D’UN COURANT ÉLECTRIQUE AVEC UN MULTIMÈTRE– 109 A2 - ACTIVITÉS EXPÉRIMENTALES : ÉCLAT D’UNE LAMPE ET INTENSITÉ DU COURANT ÉLECTRIQUE ––– 111 A3 - THÈME DE CONVERGENCE SÉCURITÉ : LES DANGERS DU COURANT ÉLECTRIQUE SUR LE CORPS HUMAIN –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 113 A4 - HISTOIRE DES SCIENCES : LES TRAVAUX D’AMPÈRE –––––––––––––––––––––––––––––––– 114 THÈME 2 : LA TENSION ÉLECTRIQUE LES INSTRUCTIONS OFFICIELLES –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 117 B1 - ÉTUDE DOCUMENTAIRE : LA TENSION ÉLECTRIQUE –––––––––––––––––––––––––––––––– 118 B2 - FICHE MÉTHODE : MESURE DE LA TENSION ÉLECTRIQUE AVEC UN MULTIMÈTRE, DÉTERMINATION DES BORNES D’UNE PILE ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 120 B3 - ACTIVITÉS EXPÉRIMENTALES : MESURE DE LA TENSION DANS UN CIRCUIT ÉLECTRIQUE ––––––– 123 B4 - HISTOIRE DES SCIENCES : VOLTA ET LA PILE ÉLECTRIQUE ––––––––––––––––––––––––––– 125 B5 - THÈME DE CONVERGENCE ENVIRONNEMENT ET DÉVELOPPEMENT DURABLE : POURQUOI FAUT-IL RÉCUPÉRER LES PILES USAGÉES ? ––––––––––––––––––––––––––––––– 127 THÈME 3 : LOIS RELATIVES À L’INTENSITÉ DANS DIFFÉRENTS MONTAGES LES INSTRUCTIONS OFFICIELLES –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– C1 - ACTIVITÉS EXPÉRIMENTALES : L’INTENSITÉ DU COURANT ÉLECTRIQUE DANS UN CIRCUIT EN SÉRIE ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– C2 - ACTIVITÉS EXPÉRIMENTALES : L’INTENSITÉ DU COURANT ÉLECTRIQUE DANS UN CIRCUIT COMPORTANT DES DÉRIVATIONS ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– C3 - THÈME DE CONVERGENCE SÉCURITÉ : CHOIX DES CONDUCTEURS DANS UNE INSTALLATION ÉLECTRIQUE –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

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C4 - ÉVALUATION DES CAPACITÉS EXPÉRIMENTALES : MESURE DE L’INTENSITÉ DANS DIFFÉRENTS CIRCUITS –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 136 C5 - ÉVALUATION GÉNÉRALE ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 140 THÈME 4 : LOIS RELATIVES À LA TENSION DANS DIFFÉRENTS MONTAGES LES INSTRUCTIONS OFFICIELLES ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 143 D1 - ACTIVITÉS EXPÉRIMENTALES : LA TENSION ÉLECTRIQUE DANS UN MONTAGE EN SÉRIE ––––––– 144 D2 - ACTIVITÉS EXPÉRIMENTALES : LA TENSION ÉLECTRIQUE DANS UN MONTAGE COMPORTANT DES DÉRIVATIONS –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 146 D3 - THÈME DE CONVERGENCE SÉCURITÉ : LES ORAGES –––––––––––––––––––––––––––––––– 147 D4 - ÉVALUATION DES CAPACITÉS EXPÉRIMENTALES RELATIVES À LA TENSION ––––––––––––––––– 149 D5 - ÉVALUATION GÉNÉRALE DES CAPACITÉS EXPÉRIMENTALES RELATIVES À LA TENSION ET À L’INTENSITÉ –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 153 D 6 - ÉVALUATION GÉNÉRALE ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 156 THÈME 5 : UNIVERSALITÉ DES LOIS RELATIVES À L’INTENSITÉ ET À LA TENSION LES INSTRUCTIONS OFFICIELLES ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 159 E1 - ACTIVITÉS EXPÉRIMENTALES : INFLUENCE DE L’ORDRE DES ÉLÉMENTS SUR LA VALEUR DE L’INTENSITÉ DU COURANT ÉLECTRIQUE DANS UN CIRCUIT EN SÉRIE ––––––––––––––––––––– 160 E2 - ACTIVITÉS EXPÉRIMENTALES : INFLUENCE DE L’ORDRE DES ÉLÉMENTS SUR LA VALEUR DE LA TENSION DANS UN CIRCUIT EN SÉRIE –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 162 E3 - ACTIVITÉS EXPÉRIMENTALES : AJOUTER UN DIPÔLE DANS UN CIRCUIT EN SÉRIE –––––––––––– 164 E4 - ACTIVITÉS EXPÉRIMENTALES : AJOUTER UN DIPÔLE DANS UN CIRCUIT COMPORTANT DES DÉRIVATIONS ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 166 E5 - ÉTUDES DOCUMENTAIRES : MULTIPLIER LES RÉCEPTEURS DANS UN CIRCUIT ÉLECTRIQUE –––––– 168 THÈME 6 : ADAPTER RÉCEPTEUR ET GÉNÉRATEUR LES INSTRUCTIONS OFFICIELLES ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 171 F1 - ACTIVITÉS EXPÉRIMENTALES : CHOISIR LA BONNE LAMPE ––––––––––––––––––––––––––– 172 F2 - EXPLOITATION D’EXPÉRIENCES : ADAPTER LE GÉNÉRATEUR –––––––––––––––––––––––––– 174 F3 - ÉVALUATION GÉNÉRALE ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 176 THÈME 7 : LA « RÉSISTANCE » LES INSTRUCTIONS OFFICIELLES ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 177 G1 - ACTIVITÉS EXPÉRIMENTALES : MISE EN ÉVIDENCE DU CARACTÈRE RÉSISTIF D’UN DIPÔLE ––––– 178 G2 - FICHE MÉTHODE : UTILISATION D’UN MULTIMÈTRE EN OHMMÈTRE ––––––––––––––––––––– 181 G3 - FICHE MÉTHODE : UTILISATION DU CODE DES COULEURS POUR DÉTERMINER LA VALEUR D’UNE RÉSISTANCE –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 183 G4 - ACTIVITÉS DIRIGÉES : RÉFLÉCHIR AU RÔLE D’UNE « RÉSISTANCE » ––––––––––––––––––––– 185 G5 - ÉVALUATION DES CAPACITÉS EXPÉRIMENTALES : MESURES DE RÉSISTANCES – INFLUENCE D’UNE « RÉSISTANCE » DANS UN CIRCUIT ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 186 13

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G6 - ÉVALUATION DES CAPACITÉS EXPÉRIMENTALES : RÉSISTANCE D’UN FIL CONDUCTEUR –––––––– 189 G7 - HISTOIRE DES SCIENCES : EDISON ET LA PREMIÈRE LAMPE À INCANDESCENCE ––––––––––––– 192 THÈME 8 : LA LOI D’OHM LES INSTRUCTIONS OFFICIELLES –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 195 H1 - ACTIVITÉS EXPÉRIMENTALES : LA LOI D’OHM ––––––––––––––––––––––––––––––––––– 196 H2 - FICHE MÉTHODE : TRACE DE LA CARACTÉRISTIQUE D’UN DIPÔLE OHMIQUE ––––––––––––––– 197 H3 - ACTIVITÉS EXPÉRIMENTALES : LA CARACTÉRISTIQUE D’UNE LAMPE À INCANDESCENCE ET L’INFLUENCE DE LA TEMPÉRATURE SUR LA VALEUR D’UNE « RÉSISTANCE » –––––––––––––––––– 199 H4 - FICHE MÉTHODE : TRACÉ DE LA CARACTÉRISTIQUE D’UN DIPÔLE OHMIQUE À L’AIDE D’UN TABLEUR GRAPHEUR ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 202 H5 - HISTOIRE DES SCIENCES : QU’EST-CE QU’UNE LOI ? ––––––––––––––––––––––––––––––– 207 H6 - THÈME DE CONVERGENCE SÉCURITÉ : LE RÔLE DES FUSIBLES –––––––––––––––––––––––– 209 H7 - ÉVALUATION GÉNÉRALE ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 211

Lois relatives à l’intensité

C1 - ACTIVITÉS EXPÉRIMENTALES : L’INTENSITÉ DU COURANT ÉLECTRIQUE DANS UN CIRCUIT EN SÉRIE EXPÉRIENCE 1 Protocole Réalisez un circuit électrique comportant une seule boucle avec 2 lampes.

L2 A2

A3 COM A

COM A

Mesurez les intensités du courant électrique suivantes : - I1 mesurée par l’ampèremètre A1 entre la pile et la première lampe L1 ; - I2 mesurée par l’ampèremètre A2 entre les deux lampes L1 et L2 ; - I3 mesurée par l’ampèremètre A3 entre la seconde lampe L2 et la pile. Renseignez le tableau ci-dessous : ampèremètre

intensité relevée

I1 = …….......... A.

I2 = …….......... A.

I3 = …….......... A.

Questions 1) Réalisez un schéma normalisé de ce montage. 2) Que pouvez-vous dire de l’intensité du courant électrique en différents points de ce circuit ? Enlevez maintenant une lampe du circuit. 3) Les deux lampes précédentes brillaient-elles plus fort, moins fort ou de la même façon que si elles étaient seules dans le circuit ?

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Lois relatives à l’intensité

EXPÉRIENCE 2 Protocole Remplacez une des lampes par un petit moteur (doc. 1). Relevez de nouveau les indications des ampèremètres A1, A2, A3. Intervertissez ensuite les deux dipôles (doc. 2).

Doc. 1. - Circuit série avec lampe et moteur.

Doc. 2. - Circuit série avec lampe et moteur intervertis.

Questions 1) Réalisez un schéma normalisé du montage correspondant à la photo du document 1. 2) Complétez le tableau ci-dessous : ampèremètre

intensité relevée

I1 = …….......... mA.

I2 = …….......... mA.

I3 = …….......... mA.

3) Que pouvez-vous dire de l’intensité du courant électrique en différents points de ce circuit ? 4) L’ordre des dipôles a-t-il une importance pour la valeur de cette intensité ? CONCLUSION (Complétez) Loi de l’unicité de l’intensité dans un circuit en série : Dans un circuit en série, l’intensité du courant électrique est ....................... en tout point du circuit. Si on modifie l’ordre des dipôles, l’intensité du courant électrique .................................................. .

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Lois relatives à l’intensité

4) Dans le circuit ci-dessous, l’intensité I du courant électrique délivré par le générateur est I = 0,50 A. I

L2 I2

a) Combien de boucles ce circuit possède t-il ? b) Indiquez par des flèches le sens du courant électrique dans chacune des boucles. c) L’intensité I1du courant électrique qui traverse la lampe L1 est I1 = 0,35 A. Quelle est l’intensité I2 du courant électrique qui traverse la lampe L2 ? d) L1 et L2 sont-elles identiques ? 5) Lors du fonctionnement des feux de croisement d’une automobile, 4 lampes fonctionnent en même temps : 2 lampes de feux de croisement traversées chacune par un courant de 4,5 A et deux lampes de feux de position arrière traversées chacune par un courant de 0,5 A. a) Ces 4 lampes sont-elles montées en série ou en dérivation ? b) Quelle est l’intensité du courant électrique délivré par la batterie dans ce circuit ? c) Ce circuit est protégé par un fusible. Quel est son calibre : 6, 10, 15 ou 20 A ? 6) Les lampes du circuit ci-dessous sont toutes identiques. L’ampèremètre A mesure une intensité I= 0,66 A. +

a) Reproduisez ce schéma et inscrivez à côté de chaque lampe l’intensité du courant électrique qui la traverse. b) Entourez en rouge la ou les lampes qui ont l’éclat le plus fort, en vert la ou les lampes qui ont l’éclat le plus faible.

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