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Informer et accompagner
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les professionnels de l’éducation CYCLES 2 3 4
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PHYSIQUE-CHIMIE
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Mettre en oeuvre son enseignement
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Des signaux pour observer et communiquer / L’énergie et ses conversions
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Les écrans tactiles
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THÈME : DES SIGNAUX POUR OBSERVER ET COMMUNIQUER / L’ENERGIE ET SES CONVERSIONS
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Attendus de fin de cycle :
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• Caractériser différents types de signaux.
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Le fichier source • Utiliser les propriétés de ces signaux.
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au format Word • Réaliser des circuits électriques simples et exploiter les lois de l’électricité.
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disponible en
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téléchargement Registre d’enseignement : enseignement commun ou dans le cadre d’un EPI.
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« Les écrans tactiles »
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Descriptif : À partir d’une situation déclenchante et d’observations de la vie courante, les élèves sont ame-
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nés à s’interroger sur le fonctionnement des écrans tactiles. À l’aide de documents et à travers la réalisation
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d’expériences simples, ils se familiarisent avec quelques technologies mises en œuvre dans les écrans tactiles :
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technologies à infrarouges, résistive et capacitive. Une activité est proposée pour chaque type d’écran. Pour finir,
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l’élève teste l’écran tactile de son téléphone portable afin d’identifier la nature de celui-ci.
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Repère de progressivité : les élèves réinvestissent la notion de propagation rectiligne de la lumière, ainsi que le
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modèle du rayon lumineux. Ils mettent en œuvre un protocole expérimental permettant la réalisation d’un circuit
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électrique simple. Ils doivent reconnaître une situation de proportionnalité. Il semble raisonnable de ne pas envi-
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sager ces activités en début de cycle.
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Objectifs d’apprentissage :
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• Exploiter expérimentalement la propagation rectiligne de la lumière dans le vide et le modèle du rayon lumineux.
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• Découvrir différents types de rayonnements ; lumière visible, rayonnement infrarouge.
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• Connaître les risques d’emploi des sources lumineuses (laser).
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• Comprendre que l’utilisation de la lumière permet d’émettre, de transporter un signal donc une information.
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• Réaliser des circuits électriques simples.
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Compétences travaillées
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Pratiquer des démarches scientifiques
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• Identifier des questions de nature scientifique.
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• Concevoir des expériences.
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• Mesurer des grandeurs physiques.
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• Interpréter des résultats expérimentaux, en tirer des conclusions.
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Pratiquer des langages
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• Lire et comprendre des documents scientifiques.
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• Produire un schéma, un tableau, un graphique.
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Connaissances et compétences associées
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Caractériser différents types de signaux, utiliser les propriétés de ces signaux :
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• Exploiter expérimentalement la propagation rectiligne de la lumière dans le vide et le modèle du rayon lumineux.
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• Lumière : sources, propagation.
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Réaliser des circuits électriques simples et exploiter les lois de l’électricité :
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• L’intensité du courant électrique est la même en tout point d’un circuit qui ne compte que des dipôles en série.
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• Relation courant-tension : loi d’Ohm.
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Prérequis (cycles 2 et 3) :
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• Identifier les propriétés de la matière vis-à-vis du courant électrique. Exemples de bons conducteurs et d’isolants.
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• Constitution de la matière à l’échelle macroscopique (conducteur, isolant).
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• Identifier différentes formes de signaux (sonores, lumineux, radio…).
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Nature de la ressource : activités documentaires et expérimentales.
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Mots clefs : écran tactile, résistance, ohmmètre, photorésistance, laser, lumière visible, rayonnement infrarouge,
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proportionnalité.
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale - Mai 2017 1
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CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE I Mettre en oeuvre son enseignement
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Situation déclenchante
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L’utilisation des bornes tactiles pour prendre un billet de train peut se faire avec des gants de
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laine alors qu’il n’est pas possible de taper un texto sur un téléphone portable avec ces mêmes
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gants. Pourquoi ?
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Remarque : cette situation peut être présentée sous forme d’une vidéo.
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Problématique
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À partir de la situation déclenchante et d’observations de la vie courante, le professeur
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amène les élèves à s’interroger sur le fonctionnement des écrans tactiles ; écrans de
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tablette, écrans de distributeurs de billets de banque, écrans des caisses automatiques dans
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les supermarchés, écrans des GPS, écrans des consoles de jeux, écrans des téléphones
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portables…
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Pourquoi certains écrans ne réagissent-ils pas lorsqu’on porte des gants, alors que pour d’autres
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cela n’a aucune importance ? Quel est le principe de fonctionnement des écrans tactiles ?
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Afin de répondre à ces questions, trois activités, assorties d’expériences sont proposées aux
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élèves. Elles ont pour but de leur faire découvrir la physique sous-jacente aux principales
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technologies utilisées dans les écrans tactiles ; technologies infrarouge, résistive et capacitive.
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À l’issue de ces activités, l’élève remplit un tableau de synthèse.
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Première activité : l’écran à technologie infrarouge
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Les écrans à technologie infrarouge, le plus souvent de grande taille, sont utilisés dans les
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bornes intérieures et extérieures, les distributeurs automatiques de billets, en instrumentation
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médicale, dans les salles d’opération des hôpitaux, les transports commerciaux… Lorsque
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l’utilisateur touche l’écran, certains rayons infrarouges sont arrêtés. Les récepteurs
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correspondants à ces rayons sont privés de lumière ; ils détectent ainsi le point d’impact. Ces
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écrans ont une grande durée de vie et offrent une très bonne qualité optique. C’est la seule
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technologie qui n’utilise aucune dalle ou substrat pour enregistrer un toucher.
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Document proposé aux élèves
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Principe de fonctionnement d’un écran à infrarouges
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Un écran tactile infrarouge comporte des émetteurs (E) et des récepteurs (R) de rayonnement
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infrarouge. Emetteurs (E) et récepteurs (R) créent à la surface de l’écran un « quadrillage de
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rayons infrarouges ». Lorsque l’utilisateur touche l’écran, certains rayons infrarouges sont
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arrêtés par le doigt. Les récepteurs (R) privés de lumière infrarouge détectent le point d’impact
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et transmettent les coordonnées du point d’impact X et Y à l’appareil.
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D’après : Les écrans tactiles et la société
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale - Mai 2017 2
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CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE I Mettre en oeuvre son enseignement
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Schéma rendant compte du fonctionnement de l’écran tactile
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Qu’est-ce que le rayonnement infrarouge ?
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Le rayonnement infrarouge est invisible pour nos yeux. La lumière visible, par exemple
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provenant du Soleil, est composée de « lumières colorées » de toutes les couleurs de l’arc en
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ciel, allant du rouge au violet, en passant par l’orange, le jaune, le vert et le bleu ; chacune
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d’elle est caractérisée par une fréquence. Le Soleil émet aussi des rayonnements invisibles
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pour l’homme ; les rayonnements de fréquence inférieure à celle de la lumière rouge sont
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appelés rayonnements infrarouges et ceux de fréquence supérieure à celle de la lumière
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violette sont appelés rayonnements ultraviolets.
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D’après une vidéo du CEA : Qu’est-ce que la lumière infrarouge ?
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Domaine de fréquences des rayonnements infrarouges (IR)
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Questions pouvant être posées à l’élève
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1. Dans le premier document, on peut lire : « émetteurs et récepteurs créent un quadrillage de
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rayons infrarouges. »
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a) Quelle propriété de la lumière permet de créer un tel « quadrillage » ?
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b) Ce quadrillage est-il visible ? Justifier la réponse.
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2. Comment l’appareil détecte-t-il la position du doigt sur l’écran ?
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3. On dispose du matériel suivant : deux émetteurs de lumière (lasers), deux récepteurs de
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lumière (photorésistances), deux ohmmètres, des câbles électriques. Une photorésistance est
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un dipôle dont la valeur de la résistance varie en fonction de l’éclairage.
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a) Proposer une expérience pour illustrer la propriété de la photorésistance.
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b) Proposer une expérience permettant de reproduire le principe d’un écran infrarouge.
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Garder une trace écrite du travail.
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Attention ! Respecter les consignes de sécurité relatives à l’usage du laser.
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale - Mai 2017 3
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CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE I Mettre en oeuvre son enseignement
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Commentaires concernant les expériences à réaliser
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Objectifs des expériences
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Il s’agit de s’approprier l’utilisation de la photorésistance comme détecteur de lumière et de
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modéliser le principe de fonctionnement d’un écran à technologie infrarouge.
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Règles de sécurité
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Les sources de lumière utilisées sont des lasers de classe 2. Les lasers sont fixés sur des
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supports au ras de la table. Il faut absolument veiller à ne pas les mettre à hauteur des yeux.
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Le professeur rappellera les consignes de sécurité.
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RÈGLES DE SÉCURITÉ RELATIVES À L’USAGE DES LASERS
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Note ministérielle du 12-10-1999 relative aux dispositifs LASER.
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Description de l’expérience modélisant le fonctionnement de l’écran
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Voir la vidéo de
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Deux photorésistances sont éclairées par des sources laser. Ces éléments sont placés de
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présentation de l’expé-
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rience modélisant le
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telle sorte que deux « rayons lumineux » se croisent. Chaque photorésistance est reliée à
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fonctionnement d’un un ohmmètre. L’ohmmètre permet de détecter les variations de valeurs de résistance donc
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écran infrarouge d’intensité de la lumière reçue par la photorésistance.
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Sur le calibre 2 kΩ, chaque ohmmètre affiche environ
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0,8 kΩ lorsque la photorésistance est éclairée par la
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source laser.
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Si on interrompt la trajectoire d’un « rayon lumineux »
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avec le doigt, la photorésistance reçoit moins (voire
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pas) de lumière et la valeur de la résistance augmente.
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C’est pourquoi l’ohmmètre affiche une valeur plus
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importante, voire au-delà du calibre 2 kΩ, ce qui
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conduit à un affichage hors calibre souvent sous la
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forme « I ».
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Si on coupe deux « rayons lumineux » avec le doigt,
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les deux ohmmètres sont hors calibre affichent « I ».
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Le point d’impact situé à l’intersection de ces deux
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« rayons » est ainsi repéré.
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CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE I Mettre en oeuvre son enseignement
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Institutionnalisation des connaissances
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Connaissances réinvesties au cours de ces activités et qu’il est nécessaire d’expliciter :
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• la lumière se propage en ligne droite ;
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• le trajet de la lumière est modélisé par un rayon lumineux ;
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• un objet opaque ne laisse pas passer la lumière ;
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• mesure de valeurs de résistances ;
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• le laser présente un danger pour l’œil.
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Connaissances acquises au cours de ces activités et qu’il est nécessaire d’institutionnaliser :
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• le rayonnement infrarouge est un rayonnement de même nature que la lumière visible, mais
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que nos yeux ne peuvent percevoir ;
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• l’utilisation de la lumière infrarouge permet de transporter un signal, donc une information :
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c’est grâce aux rayons infrarouges qui sont interrompus, que l’écran à technologie infrarouge
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arrive à détecter la position du point d’impact sur l’écran.
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CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE I Mettre en oeuvre son enseignement
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Deuxième activité : l’écran à technologie résistive
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Les écrans à technologie résistive sont très courants dans la vie quotidienne, on les trouve
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notamment dans les distributeurs de billets de banque, les bornes interactives des caisses
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automatiques de supermarchés, les GPS et les consoles de jeux. Ils sont peu coûteux et
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consomment peu d’énergie. Les rayures peu profondes n’altèrent pas le fonctionnement de
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l’écran. Comme l’écran répond à une pression exercée, il peut être utilisé avec un stylet, à
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mains nues ou avec des gants.
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Document proposé aux élèves
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Principe de fonctionnement d’un écran à technologie résistive
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Comment l’appareil détermine-t-il les coordonnées (X, Y) du point d’impact ? (fig.1)
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Un écran résistif est constitué de deux couches conductrices séparées par une couche isolante
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(fig.2). Lorsque l’écran est touché, les deux couches conductrices entrent en contact.
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L’objectif est, dans un premier temps, de comprendre comment on repère la position X du
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doigt selon l’axe Ox.
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Une tension UG = 5 V est appliquée entre les deux extrémités de l’écran suivant l’axe Ox. Quand
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le doigt touche l’écran, il appuie sur la plaque supérieure et la met au contact de la plaque
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inférieure. La tension U entre le doigt et l’extrémité de la plaque supérieure est alors égale à la
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tension entre la plaque inférieure et cette extrémité de la plaque supérieure.
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La tension U mesurée est proportionnelle à la distance entre le doigt et l’extrémité de la
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plaque supérieure et permet de déterminer l’abscisse X du point d’impact du doigt (fig.3).
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U
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UG
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Le même principe est mis en œuvre suivant l’axe Oy pour déterminer l’ordonnée Y du point
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d’impact du doigt.
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale - Mai 2017 6
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CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE I Mettre en oeuvre son enseignement
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Sources
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• Comment fonctionne un écran tactile ? www.linternaute.com
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• Le tactile, comment ça marche ?
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• Wie funktionieren Touchpad und Touchscreen ?
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• Touchscreentechnologie, une conférence de Julian Harms (2010)
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Travail demandé aux élèves
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Matériel mis à disposition : une bandelette de 30 cm de long et de 3 cm de large de papier à
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dessin (épais) recouverte d’une couche conductrice de laque graphite, une alimentation 12 V,
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un multimètre, des câbles et des pinces crocodile.
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Proposer une expérience permettant de vérifier l’affirmation du document précédent : « La
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tension U mesurée est proportionnelle à la distance entre le doigt et l’extrémité de la plaque
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supérieure et permet de déterminer l’abscisse X du point d’impact du doigt ».
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Commentaires
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L’expérience que les élèves doivent proposer est basée sur le principe du potentiomètre.
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Pour que les élèves puissent trouver le protocole, il parait indispensable de fournir la liste du
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matériel.
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Une tension de 12 V est appliquée entre les deux extrémités d’une bandelette conductrice. Il
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s’agit de papier à dessin sur lequel on a vaporisé de la laque « graphite » (vernis conducteur
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que l’on trouve facilement dans le commerce). Un voltmètre mesure la tension entre une
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extrémité de la bandelette et le point d’impact. On attend que les élèves fassent varier la
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position du point d’impact et mesurent la tension correspondante. En autonomie, les élèves
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peuvent exploiter les mesures à l’aide d’un tableau de proportionnalité ou d’un graphique. La
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procédure reliant fonction linéaire et proportionnalité entre les grandeurs n’est utilisée qu’en
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fin de cycle en mathématiques.
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Il serait également possible de faire cette étude en mesurant directement la résistance de
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la bandelette en fonction de la position du point d’impact. Dans ce cas, il faudrait faire le lien
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entre la résistance et la tension via la loi d’Ohm, mais cela complexifie la démarche pour les
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élèves.
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Pour aller plus loin, il est possible, à partir de l’exploitation des mesures, de programmer une
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carte à microcontrôleur, pour obtenir directement l’affichage de la position du doigt.
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Cette activité peut être aussi l’occasion de réinvestir les lois de l’électricité en proposant aux
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élèves une modélisation de la bande de papier vernis par une association de résistances et en
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leur demandant de valider ce modèle.
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Différenciation
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On peut proposer cette activité avec trois niveaux de différenciation, en apportant plus ou
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moins d’aides aux élèves en fonction de leur besoin.
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale - Mai 2017 7
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CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE I Mettre en oeuvre son enseignement
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Questions pouvant être posées
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1. Dans le document, il est indiqué : « La tension U mesurée est proportionnelle à la distance
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entre le doigt et l’extrémité de la plaque supérieure et permet de déterminer l’abscisse X du
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point d’impact du doigt ». On se propose de vérifier cette affirmation à l’aide d’une expérience.
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a) Décrire l’expérience à réaliser.
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b) Schématiser l’expérience.
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Faire valider par le professeur.
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2. Dresser un tableau de mesures comportant les deux grandeurs mesurées. Effectuer au
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moins 7 mesures.
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3. Réaliser le graphique de l’évolution de la tension en fonction de la position de l’impact du
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doigt (position de la pince crocodile).
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4. Exploiter ce graphique afin de tirer les conclusions de cette expérience.
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5. En quoi cette expérience modélise-t-elle le fonctionnement de l’écran à technologie
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résistive ?
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Pour aller plus loin et utiliser les outils numériques :
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6. Programmer une carte à microcontrôleur, pour afficher directement la valeur de la position
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du point d’impact du doigt (position de la pince crocodile) sur la bande de papier à dessin (voir
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annexe en fin de document).
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Pour aller plus loin, réinvestir les lois de l’électricité et comprendre la terminologie de technologie «
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résistive » :
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7. On modélise, dans l’expérience réalisée, la bande de papier à dessin vernie par une
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résistance de valeur R et la portion de bande de papier aux bornes de laquelle la tension U est
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mesurée par une résistance de valeur Rx, Rx étant proportionnelle à la longueur X de la bande
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de papier correspondante. Le schéma correspondant au circuit équivalent est représenté ci-
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après.
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a) Montrer, à l’aide des lois de l’électricité, que la tension U mesurée aux bornes de la
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résistance de valeur Rx vaut U = UG
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b) Montrer que ce modèle est compatible avec les résultats de l’expérience.
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Aides possibles
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Aide n°1 Une photo de l’expérience
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CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE I Mettre en oeuvre son enseignement
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Aide n°2 Un tableau de mesures à compléter (à distribuer une fois l’expérience validée par le
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professeur)
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_____________(cm)
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______________(V)
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Autres pistes de différenciation
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On peut faire le choix de dispenser les élèves ayant le plus de difficultés de rédiger le protocole
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et se contenter de leur demander de schématiser l’expérience. En effet, il parait plus
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important que l’élève utilise le temps imparti pour réaliser l’expérience, faire les mesures,
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tracer et exploiter le graphique.
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Aide n°1 Une photo de l’expérience
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Aide n°2 Sur la photo, figure un multimètre. Quelle grandeur mesure un multimètre ?
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Aide n°3 Sur la photo, figure une règle. Quelle grandeur mesure une règle ?
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Aide n°4 Tableau de mesures (à distribuer une fois l’expérience validée par le professeur)
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Longueur L (cm) 0 4 8 12 16 20 24 28
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Tension U (V)
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Aide n°5 Les échelles à utiliser pour le graphique
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• en abscisse : 1 cm sur l’axe équivaut à 1 cm dans la réalité.
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• en ordonnée : 1 cm sur l’axe équivaut à 1 V.
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Aide n°6 : une fiche réalisée en AP ou en mathématiques1 intitulée « comment reconnaitre une
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situation de proportionnalité ? »
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1. « Reconnaître une situation de proportionnalité ou de non proportionnalité » est une compétence associée à
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Retrouvez Éduscol sur
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l’attendu de fin de cycle « Résoudre des problèmes de proportionnalité » du programme de mathématiques du cycle 4.
|
||
« Identifier une situation de proportionnalité entre deux grandeurs » est une compétence travaillée dans la partie
|
||
« Grandeurs et mesures » du programme de mathématiques du cycle 3.
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale - Mai 2017 9
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CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE I Mettre en oeuvre son enseignement
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Institutionnalisation
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Connaissances relatives à l’attendu de fin de cycle «Réaliser des circuits électriques
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simples et exploiter les lois de l’électricité. »
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• Il y a unicité de l’intensité du courant dans un circuit en série.
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• La loi d’Ohm s’applique pour la tension aux bornes d’une résistance ; elle s’écrit U = R × I.
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• La valeur de la tension aux bornes d’un dipôle se mesure à l’aide d’un voltmètre branché en
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dérivation (éventuellement la valeur de la résistance d’un dipôle avec un ohmmètre placé aux
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bornes du dipôle).
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Autres connaissances et compétences
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• Pour savoir si deux grandeurs sont proportionnelles, on peut tracer un graphique en repor-
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tant sur chaque axe une des deux grandeurs. Si la représentation graphique est une droite
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passant par l’origine, alors les deux grandeurs sont proportionnelles.
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• Pour savoir si deux grandeurs sont proportionnelles, on peut reporter les valeurs de ces
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grandeurs dans un tableau et effectuer le rapport entre ces grandeurs. Si le rapport est le
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même (aux erreurs de mesure près), alors les deux grandeurs sont proportionnelles et la
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valeur du rapport s’appelle le coefficient de proportionnalité.
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Remarque : il serait opportun de proposer des registres différents pour l’institutionnalisation
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et de compléter le texte n’utilisant que la langue française, par exemple par :
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• des schémas électriques pour l’unicité du courant, la loi d’Ohm, la mesure d’une tension
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avec un voltmètre, la mesure d’une résistance avec un ohmmètre ;
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• une représentation graphique pour la procédure de recherche de proportionnalité à partir
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d’un graphe ;
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• un tableau pour la procédure de recherche de proportionnalité avec un tableau et le calcul
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d’un rapport entre les grandeurs.
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CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE I Mettre en oeuvre son enseignement
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Troisième activité : l’écran à technologie capacitive
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Les écrans à technologie capacitive sont aussi très couramment utilisés. Un simple
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effleurement suffit à faire fonctionner l’écran.
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Document proposé aux élèves
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Principe de fonctionnement d’un écran à technologie capacitive
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Un écran à technologie capacitive comporte une couche conductrice qui accumule des charges
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électriques (fig.1).
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Lorsque l’usager touche la plaque avec son doigt, certaines de ces charges électriques lui
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sont transférées. Les charges qui quittent la plaque capacitive créent un manque (fig.2). Des
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capteurs situés aux quatre coins de la plaque mesurent ce manque et déterminent ainsi les
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coordonnées (X, Y) du point d’impact du doigt.
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Source
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• Comment fonctionne un écran tactile ? www.linternaute.com
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• Le tactile, comment ça marche ?
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• Wie funktionieren Touchpad und Touchscreen ?
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• Touchscreentechnologie, une conférence de Julian Harms (2010)
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Questions pouvant être posées aux élèves
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1. Quelle propriété électrique du doigt permet le transfert des charges électriques ?
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2. On peut actionner un écran à technologie capacitive à l’aide d’un stylet. Quelle doit être la
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propriété électrique de ce stylet ? Justifier la réponse.
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3. Comparer le fonctionnement de cet écran avec les écrans à technologie infrarouge et
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résistive.
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4. Réaliser des essais sur l’écran tactile d’un téléphone portable pour identifier la technologie
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correspondante.
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CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE I Mettre en oeuvre son enseignement
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Retour sur la problématique initiale
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5. Que peut-on dire des bornes interactives distribuant les billets de train ?
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6. Pourquoi n’est-il pas possible de taper un texto avec des gants de laine ?
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7. On trouve actuellement dans le commerce des gants tactiles spécialement conçus pour les
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smartphones. Quelles caractéristiques présentent-ils ?
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Commentaires
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L’élève réinvestit la notion de conducteur et d’isolant (constitution de la matière au niveau
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macroscopique) acquise au cycle 3 : le doigt ainsi que certains stylets sont des conducteurs.
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Un écran à technologie infrarouge réagit à tout type d’objet, pourvu qu’il soit opaque au
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rayonnement infrarouge.
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Dans un écran à technologie résistive, il faut que deux couches conductrices se touchent au
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point d’impact. L’écran réagit à une pression et donc peu importe que l’objet soit conducteur
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ou isolant.
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Pour finir, l’élève teste son écran de téléphone portable avec différents objets et constate
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que celui-ci ne réagit qu’avec des objets conducteurs. Il en déduit que son écran est de type
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capacitif. S’il a un vieux modèle, il s’agira d’un écran à technologie résistive.
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Le principe des gants tactiles est simple : le pouce et l’index bénéficient de fils conducteurs
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qui permettent d’utiliser les gants sur un écran tactile.
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Télécharger les vidéos Vidéos des expériences
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associées : capacitif.mp4
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et resistif.mp4 Écran à technologie capacitive : l’écran ne réagit pas avec un coton tige sec (isolant). Par
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contre si on mouille le coton tige et si on l’entoure de papier aluminium (conducteur), il réagit.
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Comparaison avec un écran à technologie résistive : l’écran réagit, à condition d’appuyer
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suffisamment fort (un effleurement ne suffit pas).
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Différenciation
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Les aides suivantes peuvent être proposées.
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Aide n°1 Un déplacement de charges électriques correspond à un courant électrique.
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Aide n°2 Le corps humain laisse-t-il passer le courant ?
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Aide n°3 Comment appelle-t-on un matériau qui laisse passer le courant ?
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Aide n°4 Comment appelle-t-on un matériau qui ne laisse pas passer le courant ?
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CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE I Mettre en oeuvre son enseignement
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Synthèse des trois activités
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À l’issue des trois activités, il peut être demandé aux élèves de remplir le tableau de synthèse
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suivant :
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ÉCRAN INFRAROUGE ÉCRAN RÉSISTIF ÉCRAN CAPACITIF
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Éléments nécessaires à la Émetteurs et récepteurs de Deux plaques conductrices Une plaque conduc-
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détection de la position lumière infrarouge séparées par un isolant et trice capable d’accu-
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pouvant entrer en contact muler des charges
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électriques
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Nature des signaux Lumineux, électrique Électrique Électrique
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Toucher l’écran crée… ... un obstacle à la propaga- ... une tension entre les ... un manque de
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tion de la lumière plaques charges
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Propriété électrique que doit Conducteur ou isolant Conducteur ou isolant L’objet doit être
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avoir l’objet touchant l’écran conducteur
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Autre synthèse possible
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Il peut être demandé aux élèves d’attribuer à chaque écran les bonnes propositions (mettre
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des flèches de gauche à droite, utiliser une couleur différente pour chaque type d’écran).
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Solution :
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CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE I Mettre en oeuvre son enseignement
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Organisation du travail des élèves
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Il faut prévoir plusieurs séances pour cette activité.
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Travail en groupe classe : situation déclenchante et appropriation de la pro-
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blématique
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• Discussion collective, représentations initiales des élèves
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Travail en groupes d’élèves : l’écran à technologie infrarouge
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• Travail expérimental en autonomie à partir d’une fiche élève
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• Réalisation de l’expérience de modélisation du principe de fonctionnement de l’écran à tech-
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nologie infrarouge
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Travail en groupe classe : mise en commun et institutionnalisation des
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connaissances
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• Signaux lumineux
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• Signal et information
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Travail en groupes d’élèves : l’écran à technologie résistive
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• Travail expérimental en autonomie à partir d’une fiche élève
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• Mesure de la tension en fonction de la position du point d’impact
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• Tracé du graphique et exploitation
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Travail en groupe classe : mise en commun (écran résistif) et institutionnali-
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sation des connaissances
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• Lois de l’électricité, mesures des grandeurs électriques
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• Mesure de tension. Situation de proportionnalité
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Travail en groupes d’élèves : l’écran capacitif et la synthèse des trois activi-
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tés
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• Travail en autonomie à partir d’une fiche élèves
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• Test de quelques écrans tactiles avec différents objets
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• Comparaison des trois technologies et tableau de synthèse
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Travail en groupe classe : mise en commun / correction du tableau de syn-
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thèse
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Autre organisation possible du travail des élèves
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Une autre organisation est possible, consistant à diviser la classe en deux, afin de ne faire
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étudier expérimentalement qu’un type d’écran (Infrarouge ou résistif) par groupe d’élèves,
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puis organiser ensuite une présentation orale afin de mutualiser les résultats. L’étude de
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l’écran capacitif étant abordée ensuite par tous les élèves.
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CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE I Mettre en oeuvre son enseignement
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Compétences pouvant être évaluées
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MAÎTRISE MAÎTRISE MAÎTRISE TRÈS BONNE
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INSUFFISANTE FRAGILE SATISFAISANTE MAÎTRISE
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Pratiquer des démarches
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scientifiques (domaine 4)
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• Proposer une expérience
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Utiliser des langages scien-
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tifiques et mathématiques
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(domaine 1) :
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• Reconnaître une situation de
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proportionnalité à partir d’un
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graphique
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Utiliser la langue française
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pour argumenter, conclure.
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(domaine 1)
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Prolongement possible
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Dans les documents proposés aux élèves, il n’a pas été précisé la composition chimique
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des plaques conductrices des écrans résistifs et capacitifs, car cette information n’est pas
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indispensable à la bonne compréhension du principe de fonctionnement de l’écran.
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Les écrans tactiles résistifs et capacitifs sont composés d’un oxyde d’étain (SnO2) et d’un oxyde
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d’indium (In2O3) Or les réserves en Indium, produit résidu de l’activité minière, devraient être
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épuisées d’ici 2020.
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Il peut être intéressant de l’évoquer afin de sensibiliser les élèves à l’impact environnemental
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des appareils de notre quotidien. Une étude plus approfondie peut être proposée dans le cadre
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d’un EPI.
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Annexe pour aller plus loin : réaliser une mesure de dis-
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tance et afficher sa valeur à l’aide d’une carte à microcon-
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trôleur et du logiciel mBlock
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Cette activité vient en complément de l’expérience de mesure de la résistance de bande de
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papier vernis. Ayant montré lors de cette expérience que la tension entre une extrémité de la
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bande et une position de la pince crocodile sur cette bande est proportionnelle à distance X
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entre l’extrémité et la pince, l’activité proposée consiste à acquérir la tension avec une interface
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et d’écrire les quelques lignes qui permettent de calculer directement la distance à partir de la
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valeur de la tension mesurée à l’aide d’un logiciel de programmation graphique.
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Dispositif expérimental
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Alimenter le montage à l’aide de la carte à microcontrôleur. Pour cela, relier les bornes « 5V »
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et « GND » aux 2 pinces crocodiles placées aux extrémités de la bande de papier.
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Brancher une extrémité du fil de connexion qui modélise le point d’impact sur l’écran à l’une
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des entrées analogiques du dispositif (ici A0) et poser l’autre extrémité sur la bande de papier.
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Écrire un programme à l’aide du logiciel mBlock
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Dans le menu « Choix de la carte », choisir celle qui est adaptée à votre matériel.
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Dans le menu « Connecter », choisir le bon port.
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Écrire le programme :
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• Créer une variable « distance ».
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• Utiliser les instructions suivantes :
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• Entrer la longueur en cm de la bande de papier (voir capture d’écran).
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• Entrer la valeur obtenue en posant l’extrémité du fil mobile en C (voir capture d’écran).
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CYCLE 4 I PHYSIQUE-CHIMIE I Mettre en oeuvre son enseignement
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Penser à cliquer sur l’onglet « Téléverser le microprogramme de communication ».
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Lancer le programme. Le panda indiquera la longueur entre la pince crocodile noire et le point
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d’impact.
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Capture d’écran
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L’exemple de programmation est donné pour une bande de 20 cm de longueur et dont la
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tension à ses bornes est de 0,923 V. La tension mesurée par cette interface est donnée en
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millivolts.
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La relation de proportionnalité entre la tension mesurée et la distance entre l’extrémité de
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la bande de papier et la pince crocodile permet d’écrire la ligne centrale de code affecte à la
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variable « distance » la valeur :
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