    Informer et accompagner
    les professionnels de l’éducation
                                                      ÉVALUATION                              CYCLES 2                            3 4

                                             PHYSIQUE-CHIMIE


                                                                La guirlande électrique




                                            COMPOSANTE(S) DU SOCLE COMMUN
                                            D4    |   Les systèmes naturels et les systèmes techniques




                                            ÉLÉMENTS SIGNIFIANTS
                                            Mener une démarche scientifique, résoudre un problème (D4)
                                            • Extraire, organiser les informations utiles et les transcrire dans un langage adapté
                                            • Modéliser et représenter des phénomènes et des objets
                                            • Mettre en œuvre un raisonnement logique simple
                                            • Mettre en œuvre un protocole expérimental
                                            • Pratiquer le calcul numérique (exact et approché) et le calcul littéral



                                        Situation d’évaluation
                                        Thème : l’énergie et ses conversions

                                        Attendus de fin de cycle
                                        Réaliser des circuits électriques simples et exploiter les lois de l’électricité.

                                        Connaissances et compétences associées
                                        Relation tension-courant : loi d’Ohm.

                                        Nature de la situation d’évaluation
                                        Succession de tâches simples avec activité expérimentale.

                                        Durée : 55 min




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  ÉVALUATION       CYCLE   4 I PHYSIQUE-CHIMIE




                              Synopsis
                              Nous disposons d’une guirlande électrique avec DEL et résistances de protection.

                              Afin de faire varier l’éclat des DEL, nous allons faire varier la valeur de la tension fournie par le
                              générateur.

                              La valeur de l’intensité du courant dans chaque branche de la guirlande ne doit pas dépasser
                              20 mA sous peine de détériorer la DEL.

                              Nous utiliserons la loi d’Ohm et la loi d’additivité des tensions dans un circuit en série pour
                              déterminer la valeur maximale de la tension délivrée par le générateur.

                              Acquis nécessaires pour mener la tâche à bien
                              • Le conducteur ohmique : symbole normalisé et grandeur caractéristique.
                              • Mesures de tension et d’intensité.
                              • Conversions d’unités.
                              • Calcul d’une valeur moyenne.
                              • Loi d’Ohm.
                              • Loi d’additivité des tensions.

                              Scénario
                              L’élève met en place une expérimentation permettant de mesurer les valeurs de la tension aux
                              bornes d’un conducteur ohmique et de l’intensité du courant électrique qui le traverse.

                              Après avoir vérifié que les mesures réalisées permettent de confirmer la loi d’Ohm, l’élève
                              l’applique afin de calculer la valeur maximale de la tension aux bornes d’un conducteur
                              ohmique (URmax) correspondant à Imax = 20 mA.

                              Enfin, il répond à la situation problème en utilisant la loi d’additivité des tensions dans un
                              circuit en série.

                              Différents « coups de pouce » assurent une bonne poursuite de l’étude.

                              Indicateurs permettant de suivre la progression de l’élève au cours de l’éva-
                              luation

                              Mener une démarche scientifique, résoudre un problème (D4)
                              I1 : réaliser un schéma électrique intégrant un voltmètre et un ampèremètre.

                              I2 : réaliser un circuit électrique à partir d’un schéma et effectuer des mesures.

                              I3 : calculer une valeur moyenne.

                              I4 : comparer deux valeurs.

                              I5 : calculer la valeur d’une tension en utilisant la loi d’Ohm.

                              I6 : répondre à une situation problème.




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  ÉVALUATION       CYCLE   4 I PHYSIQUE-CHIMIE




                               Évaluation de l’élève
                                               MAÎTRISE INSUFFI-                                     MAÎTRISE SATIS-             TRÈS BONNE MAÎ-
                                                                           MAÎTRISE FRAGILE
                                               SANTE                                                 FAISANTE                    TRISE
                   I1 : Réaliser un schéma     Schéma normalisé du         L’élève réussit à         Schéma électrique
                   électrique correct          circuit fourni à l’élève.   schématiser le circuit    correct.
                   avec un voltmètre et                                    en utilisant au moins
                   un ampèremètre bien                                     un des coups de           Les deux appareils
                   positionnés                                             pouces proposés (1, 2).   de mesures sont
                                                                                                     correctement
                                                                                                     représentés et bien
                                                                                                     orientés.
                   I2 : Réaliser un circuit    Le circuit est réalisé      Le circuit n’est pas      Le circuit est
                   électrique à partir d’un    par le professeur.          entièrement réalisé       entièrement réalisé
                   schéma et effectuer                                     par l’élève, au moins     par l’élève, les calibres
                   des mesures.                Après intervention          un des appareils          indiqués dans l’énoncé
                                               du professeur l’élève       de mesure est mal         sont respectés.
                                               réalise correctement        connecté (orientation,
                                               les mesures.                choix des bornes…).       Les mesures sont
                                                                                                     correctement réalisées.
                   I3 : Calculer une valeur    Malgré le coup de           L’élève fait appel au     L’élève détermine la        L’élève détermine la
                   moyenne.                    pouce (4), l’élève ne       professeur et utilise     valeur moyenne sans         valeur moyenne sans
                                               parvient pas à effectuer    le coup de pouce (4)      aide aucune mais            aide aucune et l’exprime
                                               ce calcul.                  proposé.                  n’indique pas d’unité.      en V/A ou en Ω.

                                               L’élève utilise un
                                               tableur comportant un
                                               tableau déjà préparé
                                               permettant le calcul
                                               de la valeur moyenne à
                                               partir de 5 valeurs.


                                                                           L’élève compare ces       L’élève détermine           L’élève détermine l’écart
                                                                           deux valeurs à l’aide     l’écart absolu entre ces    relatif entre les deux
                   I4 : Comparer deux
                                                                           d’une inéquation.         deux valeurs.               valeurs et l’exprime
                   valeurs.
                                                                                                                                 sous la forme d’un
                                                                                                                                 pourcentage
                                                                           L’élève calcule Umax      L’élève convertit Imax      L’élève fournit
                                                                           sans se poser des         en A et calcule Umax en     l’expression littérale
                   I5 : Calculer une tension                               questions sur les         indiquant l’unité, sans     URmax = Imax×R.
                   en utilisant la loi                                     unités                    passer par l’expression
                   d’Ohm.                                                                            littérale.                  Il convertit Imax en A et
                                                                                                                                 calcule Umax à 0,1 V près,
                                                                                                                                 en indiquant l’unité.
                                               Pas de réponse              La loi d’additivité       Résultat juste et unité     Toutes les expressions
                   I6 : Répondre à une
                                                                           est connue mais le        précisée                    ont été établies de façon
                   situation problème.
                                                                           résultat est erroné.                                  littérale


                               Matériel disponible
                               • 1 Générateur de tension continue réglable (0,0 à 9,0 V)
                               • 1 Conducteur ohmique (R = 470Ω)
                               • 1 DEL
                               • 2 multimètres
                               • Fils de connexion




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  ÉVALUATION       CYCLE    4 I PHYSIQUE-CHIMIE



                               Coups de pouce

                               n°1

                           Coup de pouce niveau 1                                    Coup de pouce niveau 2

                           Symbole normalisé d’un conducteur ohmique :




                           Symbole normalisé d’une DEL :




                               n°2

                           Coup de pouce niveau 1                                    Coup de pouce niveau 2

                           1. Un voltmètre est toujours branché en                   1. Un voltmètre est toujours branché en dérivation
                           dérivation entre les bornes de l’objet d’étude.           entre les bornes de l’objet d’étude.

                                                                                     Symbole :


                                                                                     2. Un ampèremètre est toujours branché en série
                           2. Un ampèremètre est toujours branché en                 sur la même branche que l’appareil étudié.
                           série sur la même branche que l’appareil
                           étudié.                                                   Symbole :



                               n°3

                           Coup de pouce niveau 1                                    Coup de pouce niveau 2

                           Convertir de milliampères en ampères                      Convertir de milliampères en ampères

                           1 mA = 0,001 A = 1×10-3 A                                 1 mA = 0,001 A = 1×10-3 A
                                                                                                     ÷1000
                                                                                     Soit : mA                   A

                                                                                     ou encore

                                                                                         A                           mA
                                                                                        0,       0           0       1




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  ÉVALUATION       CYCLE   4 I PHYSIQUE-CHIMIE




                              n°4

                                Coup de pouce niveau 1                                   Coup de pouce niveau 2
                                                                                                        UR
                                                                                         Calculer (              )moyenne :
                                                                                                           I
                                Calculer une moyenne :

                                                                                                                                                       UR
                                                                                                                              somme des 5 valeurs de
                                on divise la somme des valeurs par le                                  UR                                              I
                                                                                                   (           )moyenne =
                                nombre de valeurs                                                      I                                  5




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  ÉVALUATION       CYCLE   4 I PHYSIQUE-CHIMIE




                              La guirlande électrique (document élève)
                              Le schéma électrique ci-dessous représente une guirlande électrique composée de 10
                              branches dérivées identiques entre elles.

                              Chacune de ces branches est composée de l’association en série d’un conducteur ohmique de
                              résistance R = 470 Ω et d’une diode électroluminescente (DEL).




                              Afin de faire varier l’éclat des DEL il est envisageable de faire varier la tension UG délivrée par
                              le générateur.


                              Situation problème

                                    Sachant que la valeur de l’intensité maximale de fonctionnement des diodes
                                    électroluminescentes est Imax = 20 mA, quelle valeur maximale de la tension fournie par le
                                    générateur, notée UGmax, ne doit pas être dépassée afin de les préserver ?



                              L’expérience est menée sur une seule branche.

                              Des « coups de pouces » sont disponibles à votre demande tout au long de l’étude.

                              Réalisation du circuit d’étude

                              Schéma du circuit
                              En vous aidant de la liste de matériel proposée, schématisez, dans le cadre ci-dessous, un
                              circuit électrique permettant la mesure de la tension électrique UR présente entre les bornes
                              du conducteur ohmique et celle de l’intensité du courant électrique I qui le traverse.

                              Liste de matériel :

                              • 1 générateur de tension continue réglable.
                              • 1 interrupteur.
                              • 1 DEL.
                              • 1 conducteur ohmique de résistance R = 470 Ω.
                              • 1 ampèremètre.
                              • 1 voltmètre.
                              • des fils de connexion.




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                               Donnée : Symbole normalisé d’un générateur de tension continue réglable :




                                    Coups de pouces disponibles : 1 et 2



                               Appelez le professeur


                               Réalisation du montage
                               Réalisez le montage en respectant les consignes suivantes :
                               • L’interrupteur doit être ouvert.
                               • L’ampèremètre doit être sur le calibre 20 mA.
                               • Le voltmètre doit être sur le calibre 20 V.

                               Appelez le professeur


                               Réalisation des mesures
                               Complétez les lignes « UR » et « I » dans le tableau suivant :

         TENSION DÉLIVRÉE PAR LE
                                                    0,0              3,0               4,5              6,0               7,5              9,0
         GÉNÉRATEUR


         UR (EN V)


         I (EN A)

           UR
            I



                                    Coup de pouce disponible : 3



                               Appelez le professeur

                               Débranchez le circuit et rangez le matériel


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  ÉVALUATION       CYCLE   4 I PHYSIQUE-CHIMIE




                              Exploitation des résultats
                              Complétez la 4e ligne du tableau.
                                                                   UR                            UR
                              Calculez la valeur moyenne (              )moyenne :           (        )moyenne = ______________ .
                                                                    I                            I


                                    Coup de pouce disponible : 4



                                                        UR
                              La valeur moyenne (            )moyenne obtenue est-elle en accord avec la valeur de la résistance de ce
                                                         I
                              conducteur ohmique ?




                              Calculez la valeur URmax de la tension correspondant à l’intensité maximale Imax de
                              fonctionnement des DEL :

                                                                            URmax = ______________ .


                              En appliquant la loi d’additivité des tensions dans un circuit en série, répondez à la situation
                              problème :

                              Donnée : UDEL = 1 V




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