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 Retrouvez Éduscol sur eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche - Novembre 2016 1 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. Retrouvez Éduscol sur eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche - Novembre 2016 2 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 : Retrouvez Éduscol sur eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche - Novembre 2016 3 ÉVALUATION CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE 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. Retrouvez Éduscol sur eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche - Novembre 2016 4 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. Retrouvez Éduscol sur eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche - Novembre 2016 5 ÉVALUATION CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE 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 Retrouvez Éduscol sur eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche - Novembre 2016 6 ÉVALUATION CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE 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 Retrouvez Éduscol sur eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche - Novembre 2016 7 ÉVALUATION CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE 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 Retrouvez Éduscol sur eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche - Novembre 2016 8 ÉVALUATION CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE 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 Retrouvez Éduscol sur eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche - Novembre 2016 9