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Informer et accompagner
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les professionnels de l’éducation
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ÉVALUATION CYCLES 2 3 4
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PHYSIQUE-CHIMIE
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La guirlande électrique
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COMPOSANTE(S) DU SOCLE COMMUN
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D4 | Les systèmes naturels et les systèmes techniques
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ÉLÉMENTS SIGNIFIANTS
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Mener une démarche scientifique, résoudre un problème (D4)
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• Extraire, organiser les informations utiles et les transcrire dans un langage adapté
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• Modéliser et représenter des phénomènes et des objets
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• Mettre en œuvre un raisonnement logique simple
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• Mettre en œuvre un protocole expérimental
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• Pratiquer le calcul numérique (exact et approché) et le calcul littéral
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Situation d’évaluation
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Thème : l’énergie et ses conversions
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Attendus de fin de cycle
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Réaliser des circuits électriques simples et exploiter les lois de l’électricité.
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Connaissances et compétences associées
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Relation tension-courant : loi d’Ohm.
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Nature de la situation d’évaluation
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Succession de tâches simples avec activité expérimentale.
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Durée : 55 min
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche - Novembre 2016 1
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ÉVALUATION CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE
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Synopsis
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Nous disposons d’une guirlande électrique avec DEL et résistances de protection.
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Afin de faire varier l’éclat des DEL, nous allons faire varier la valeur de la tension fournie par le
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générateur.
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La valeur de l’intensité du courant dans chaque branche de la guirlande ne doit pas dépasser
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20 mA sous peine de détériorer la DEL.
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Nous utiliserons la loi d’Ohm et la loi d’additivité des tensions dans un circuit en série pour
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déterminer la valeur maximale de la tension délivrée par le générateur.
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Acquis nécessaires pour mener la tâche à bien
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• Le conducteur ohmique : symbole normalisé et grandeur caractéristique.
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• Mesures de tension et d’intensité.
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• Conversions d’unités.
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• Calcul d’une valeur moyenne.
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• Loi d’Ohm.
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• Loi d’additivité des tensions.
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Scénario
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L’élève met en place une expérimentation permettant de mesurer les valeurs de la tension aux
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bornes d’un conducteur ohmique et de l’intensité du courant électrique qui le traverse.
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Après avoir vérifié que les mesures réalisées permettent de confirmer la loi d’Ohm, l’élève
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l’applique afin de calculer la valeur maximale de la tension aux bornes d’un conducteur
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ohmique (URmax) correspondant à Imax = 20 mA.
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Enfin, il répond à la situation problème en utilisant la loi d’additivité des tensions dans un
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circuit en série.
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Différents « coups de pouce » assurent une bonne poursuite de l’étude.
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Indicateurs permettant de suivre la progression de l’élève au cours de l’éva-
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luation
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Mener une démarche scientifique, résoudre un problème (D4)
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I1 : réaliser un schéma électrique intégrant un voltmètre et un ampèremètre.
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I2 : réaliser un circuit électrique à partir d’un schéma et effectuer des mesures.
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I3 : calculer une valeur moyenne.
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I4 : comparer deux valeurs.
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I5 : calculer la valeur d’une tension en utilisant la loi d’Ohm.
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I6 : répondre à une situation problème.
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche - Novembre 2016 2
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ÉVALUATION CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE
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Évaluation de l’élève
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MAÎTRISE INSUFFI- MAÎTRISE SATIS- TRÈS BONNE MAÎ-
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MAÎTRISE FRAGILE
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SANTE FAISANTE TRISE
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I1 : Réaliser un schéma Schéma normalisé du L’élève réussit à Schéma électrique
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électrique correct circuit fourni à l’élève. schématiser le circuit correct.
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avec un voltmètre et en utilisant au moins
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un ampèremètre bien un des coups de Les deux appareils
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positionnés pouces proposés (1, 2). de mesures sont
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correctement
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représentés et bien
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orientés.
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I2 : Réaliser un circuit Le circuit est réalisé Le circuit n’est pas Le circuit est
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électrique à partir d’un par le professeur. entièrement réalisé entièrement réalisé
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schéma et effectuer par l’élève, au moins par l’élève, les calibres
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des mesures. Après intervention un des appareils indiqués dans l’énoncé
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du professeur l’élève de mesure est mal sont respectés.
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réalise correctement connecté (orientation,
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les mesures. choix des bornes…). Les mesures sont
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correctement réalisées.
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I3 : Calculer une valeur Malgré le coup de L’élève fait appel au L’élève détermine la L’élève détermine la
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moyenne. pouce (4), l’élève ne professeur et utilise valeur moyenne sans valeur moyenne sans
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parvient pas à effectuer le coup de pouce (4) aide aucune mais aide aucune et l’exprime
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ce calcul. proposé. n’indique pas d’unité. en V/A ou en Ω.
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L’élève utilise un
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tableur comportant un
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tableau déjà préparé
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permettant le calcul
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de la valeur moyenne à
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partir de 5 valeurs.
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L’élève compare ces L’élève détermine L’élève détermine l’écart
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deux valeurs à l’aide l’écart absolu entre ces relatif entre les deux
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I4 : Comparer deux
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d’une inéquation. deux valeurs. valeurs et l’exprime
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valeurs.
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sous la forme d’un
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pourcentage
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L’élève calcule Umax L’élève convertit Imax L’élève fournit
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sans se poser des en A et calcule Umax en l’expression littérale
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I5 : Calculer une tension questions sur les indiquant l’unité, sans URmax = Imax×R.
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en utilisant la loi unités passer par l’expression
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d’Ohm. littérale. Il convertit Imax en A et
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calcule Umax à 0,1 V près,
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en indiquant l’unité.
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Pas de réponse La loi d’additivité Résultat juste et unité Toutes les expressions
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I6 : Répondre à une
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est connue mais le précisée ont été établies de façon
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situation problème.
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résultat est erroné. littérale
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Matériel disponible
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• 1 Générateur de tension continue réglable (0,0 à 9,0 V)
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• 1 Conducteur ohmique (R = 470Ω)
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• 1 DEL
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• 2 multimètres
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• Fils de connexion
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche - Novembre 2016 3
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ÉVALUATION CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE
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Coups de pouce
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n°1
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Coup de pouce niveau 1 Coup de pouce niveau 2
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Symbole normalisé d’un conducteur ohmique :
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Symbole normalisé d’une DEL :
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n°2
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Coup de pouce niveau 1 Coup de pouce niveau 2
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1. Un voltmètre est toujours branché en 1. Un voltmètre est toujours branché en dérivation
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dérivation entre les bornes de l’objet d’étude. entre les bornes de l’objet d’étude.
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Symbole :
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2. Un ampèremètre est toujours branché en série
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2. Un ampèremètre est toujours branché en sur la même branche que l’appareil étudié.
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série sur la même branche que l’appareil
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étudié. Symbole :
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n°3
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Coup de pouce niveau 1 Coup de pouce niveau 2
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Convertir de milliampères en ampères Convertir de milliampères en ampères
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1 mA = 0,001 A = 1×10-3 A 1 mA = 0,001 A = 1×10-3 A
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÷1000
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Soit : mA A
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ou encore
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A mA
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0, 0 0 1
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche - Novembre 2016 4
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ÉVALUATION CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE
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n°4
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Coup de pouce niveau 1 Coup de pouce niveau 2
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UR
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Calculer ( )moyenne :
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I
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Calculer une moyenne :
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UR
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somme des 5 valeurs de
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on divise la somme des valeurs par le UR I
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( )moyenne =
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nombre de valeurs I 5
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche - Novembre 2016 5
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ÉVALUATION CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE
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La guirlande électrique (document élève)
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Le schéma électrique ci-dessous représente une guirlande électrique composée de 10
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branches dérivées identiques entre elles.
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Chacune de ces branches est composée de l’association en série d’un conducteur ohmique de
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résistance R = 470 Ω et d’une diode électroluminescente (DEL).
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Afin de faire varier l’éclat des DEL il est envisageable de faire varier la tension UG délivrée par
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le générateur.
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Situation problème
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Sachant que la valeur de l’intensité maximale de fonctionnement des diodes
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électroluminescentes est Imax = 20 mA, quelle valeur maximale de la tension fournie par le
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générateur, notée UGmax, ne doit pas être dépassée afin de les préserver ?
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L’expérience est menée sur une seule branche.
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Des « coups de pouces » sont disponibles à votre demande tout au long de l’étude.
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Réalisation du circuit d’étude
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Schéma du circuit
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En vous aidant de la liste de matériel proposée, schématisez, dans le cadre ci-dessous, un
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circuit électrique permettant la mesure de la tension électrique UR présente entre les bornes
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du conducteur ohmique et celle de l’intensité du courant électrique I qui le traverse.
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Liste de matériel :
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• 1 générateur de tension continue réglable.
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• 1 interrupteur.
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• 1 DEL.
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• 1 conducteur ohmique de résistance R = 470 Ω.
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• 1 ampèremètre.
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• 1 voltmètre.
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• des fils de connexion.
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche - Novembre 2016 6
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ÉVALUATION CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE
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Donnée : Symbole normalisé d’un générateur de tension continue réglable :
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Coups de pouces disponibles : 1 et 2
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Appelez le professeur
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Réalisation du montage
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Réalisez le montage en respectant les consignes suivantes :
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• L’interrupteur doit être ouvert.
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• L’ampèremètre doit être sur le calibre 20 mA.
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• Le voltmètre doit être sur le calibre 20 V.
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Appelez le professeur
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Réalisation des mesures
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Complétez les lignes « UR » et « I » dans le tableau suivant :
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TENSION DÉLIVRÉE PAR LE
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0,0 3,0 4,5 6,0 7,5 9,0
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GÉNÉRATEUR
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UR (EN V)
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I (EN A)
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UR
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I
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Coup de pouce disponible : 3
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Appelez le professeur
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Débranchez le circuit et rangez le matériel
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche - Novembre 2016 7
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ÉVALUATION CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE
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Exploitation des résultats
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Complétez la 4e ligne du tableau.
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UR UR
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Calculez la valeur moyenne ( )moyenne : ( )moyenne = ______________ .
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I I
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Coup de pouce disponible : 4
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UR
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La valeur moyenne ( )moyenne obtenue est-elle en accord avec la valeur de la résistance de ce
|
||
I
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conducteur ohmique ?
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Calculez la valeur URmax de la tension correspondant à l’intensité maximale Imax de
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fonctionnement des DEL :
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URmax = ______________ .
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En appliquant la loi d’additivité des tensions dans un circuit en série, répondez à la situation
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problème :
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Donnée : UDEL = 1 V
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