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

                                             PHYSIQUE-CHIMIE


                                                                La guirlande électrique
                                                                   Version graphique


                                            COMPOSANTE(S) DU SOCLE COMMUN
                                            D1-3 | 	Comprendre, s’exprimer en utilisant les langages mathématiques, scientifiques et
                                                     informatiques
                                            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
                                            • Mettre en œuvre un raisonnement logique simple
                                            • Mettre en œuvre un protocole expérimental

                                            Passer d’un langage à un autre (D1-3)
                                            • Passer d’un registre de représentation à un autre (graphique)



                                        Situation d’evalutation
                                        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
                              On dispose d’une guirlande électrique avec DEL et résistances de protection. Afin de modifier
                              l’éclat des DEL, on va 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.

                              On utilisera un graphique UR = f(I) 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
                              • Notion de résistance (symbole et grandeur caractéristique).
                              • Mesures de tensions et d’intensités.
                              • Loi d’additivité des tensions.

                              Scénario
                              L’élève doit proposer un schéma de circuit permettant de mesurer les valeurs des grandeurs
                              tension et intensité.

                              Il trace alors la représentation graphique UR = f(I) pour répondre à la problématique.

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

                              Différents « coups de pouces » 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 correct avec des appareils de mesures bien positionnés.

                              I2 : Réaliser des mesures de tension et d’intensité.

                              I4 : Exploiter le graphique obtenu.

                              I5 : Répondre à la problématique.

                              Passer d’un langage à un autre (D1-3)
                              I3 : Réaliser un graphique.




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  ÉVALUATION       CYCLE    4 I PHYSIQUE-CHIMIE




                                    Évaluation de l’élève
                                             MAÎTRISE INSUFFI-                                      MAÎTRISE SATISFAI-           TRÈS BONNE MAÎ-
                                                                        MAÎTRISE FRAGILE
                                             SANTE                                                  SANTE                        TRISE
                I1 : Réaliser un schéma      Schéma normalisé du        L’élève réussit à sché-     Schéma correct
                électrique correct           circuit fourni à l’élève   matiser le circuit en       Appareils de mesures
                avec des appareils                                      utilisant au moins un       bien choisis et bien posi-
                de mesures bien                                         des coups de pouces         tionnés
                positionnés                                             proposés
                                             Les appareils de me-       Au moins un des deux        Les appareils de me-
                                             sures sont mal position-   appareils de mesures        sures sont correctement
                                             nés et mal branchés : il   n’est pas correctement      branchés. Les mesures
                I2 : Réaliser des            n’y aura pas de mesures    branché.                    sont réalisées correc-
                mesures                      correctes.                                             tement.
                                                                        Plusieurs mesures ne
                                                                        sont pas réalisées.          Les calibres sont
                                                                                                    adaptés.
                                             Échelles inadaptées        L’échelle est correcte      L’échelle est correcte et
                                             Points mal placés          mais n’est pas parfaite-    adaptée
                                                                        ment adaptée                Unités sur les axes
                I3 : Tracer un graphique                                Unités sur les axes         Les points sont bien
                                                                        Des points sont mal         placés
                                                                        placés                      Il y a un titre
                I4 : Exploiter le            Absence de commen-         La courbe est commen-       La courbe est commen-
                graphique                    taire et d’exploitation    tée mais pas exploitée      tée et exploitée
                                             Absence de réponse         Loi d’additivité connue     Résultat juste ; unité       Toutes les expressions
                I5 : Répondre à la                                      et résultat erroné          précisée                     ont été établies de façon
                problématique                                                                                                    littérale


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

                                    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 :




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                               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
                                dérivation entre les bornes de l’objet d’étude.              en dérivation entre les bornes de l’objet
                                                                                             d’étude.

                                                                                             Symbole :


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

                               n°4

                                Coup de pouce niveau 1                                        Coup de pouce niveau 2

                                • Échelle sur l’axe des abscisses (axe horizon- Un tableur est prêt et l’élève rentre
                                   tal) : 1 cm pour 1 mA.                          ses valeurs. Le graphique est tracé
                                • Échelle sur l’axe des ordonnés (axe vertical) : « automatiquement »
                                   1 cm pour 1 V.
                                • Mettre un titre au graphique.
                                • Préciser les grandeurs sur chaque axe.




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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).




                              On souhaite faire varier l’éclat des diodes électroluminescentes mais l’intensité du courant
                              dans chaque branche ne doit pas dépasser une valeur de 20 mA sous peine de détruire
                              définitivement la DEL.


                              Situation problème

                                    Quelle tension maximale UGmax ne doit-on pas dépasser aux bornes du générateur ?


                              L’expérience est menée sur une seule branche.

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




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                              Réalisation du circuit d’étude

                              Schéma du circuit
                              Dans le cadre ci-dessous, schématisez un circuit électrique en série présentant un générateur
                              de tension continue réglable, un conducteur ohmique de résistance R, une DEL.

                              Vous intégrerez à votre schéma les appareils de mesure permettant :

                              • de mesurer la valeur de l’intensité du courant électrique I qui traverse le conducteur ohmique ;
                              • de mesurer la valeur de la tension électrique UR présente entre les bornes du conducteur
                                 ohmique.




                              Appelez le professeur


                                    Coups de pouces disponibles : 1 et 2



                              Réalisation du montage
                              Réaliser le montage en respectant les consignes suivantes :

                              L’ampèremètre doit être sur le calibre 20 mA.

                              Le voltmètre doit être sur le calibre 20 V.

                              Appelez le professeur




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                                Réalisation des mesures
                                • Fixer la tension aux bornes du générateur sur les 6 valeurs qui vous sont proposées dans le
                                   tableau ci-dessous et, dans chaque cas, mesurer la valeur de la tension UR et celle de l’in-
                                   tensité I du courant dans le circuit.
                                • Compléter les lignes « UR » et « I » dans le tableau suivant :

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


                  UR (EN V)


                  I (EN mA)


                  I (EN A)



                                     Coup de pouce disponible pour la conversion : 3


                                Appelez le professeur




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                              Graphique
                              Tracer la courbe qui représente la tension aux bornes du conducteur ohmique (UR en V) en
                              fonction de l’intensité du courant (I en A).




                                    Coup de pouce disponible : 4




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                              Interprétation
                              Commenter la courbe obtenue.




                              Quelle tension maximale URmax ne doit-on pas dépasser aux bornes de la résistance ? Justifier.




                              Répondre à la situation problème.

                              On appliquera la loi d’additivité des tensions, on donne UDEL = 1V




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