Amorce

Instructions : Choisissez l’une des amorces pour que les élèves y réfléchissent et y répondent.

Vocabulaire

Instructions : Passez en revue les termes importants et leurs définitions avant de regarder la vidéo Introduction à l’électricité. La liste de vocabulaire des élèves se trouve dans le Guide de l’élève et dans la « Trousse de démarrage – Introduction à l’électricité ».

Quiz et exercices à trous

Instructions : Revoyez les concepts clés après avoir regardé la vidéo Introduction à l’électricité. Le Guide de l’élève et la « Trousse de démarrage – Introduction à l’électricité » contiennent le quiz et les exercices à trous.
Corrigé du quiz : Q1 : A Q2 : D Q3 : D Q4 : B
Corrigé des exercices à trous : électricité, électrons, noyau, positivement, négativement, aimants, ampère

Ensemble de données

Instructions : Fournissez aux élèves l’« Introduction à l’électricité – Ensemble de données » pour qu’ils s’exercent à la maîtrise des données et à leur analyse.

Corrigé :
Question 1 : Canada – Hydroélectricité ; Chine – Charbon ; France – Nucléaire ; Royaume-Uni – Éolien ; États-Unis – Gaz
Question 2 : Les réponses varieront. (Exemple : Les ressources naturelles, l’économie, la géographie et la technologie de chaque pays déterminent quelles sources d’énergie lui conviennent le mieux.)
Question 3 : Le Canada produit le plus d’électricité par personne. Les réponses varieront. (Exemple : S’il produit plus qu’il n’en consomme, il pourrait vendre l’électricité excédentaire à d’autres pays, ou la stocker pour les urgences.)
Question 4 : La France et les États-Unis produisent de l’électricité à partir des « autres renouvelables ». Les réponses varieront. (Exemple : Les autres pays n’ont peut-être pas l’environnement approprié, comme une activité volcanique ou de fortes marées, ou n’ont peut-être pas la technologie ou les ressources économiques nécessaires pour exploiter ces sources d’énergie.)
Question 5 : Les réponses varieront.

Circuits en pâte à modeler – Activité pratique

Instructions : Utilisez le « Document de travail de l’élève – Circuits en pâte à modeler » et le guide de l’enseignant ci-dessous pour mener l’activité en laboratoire.

Introduction

Dans ce laboratoire, les élèves travailleront individuellement ou en groupes pour créer et tester des circuits électriques en parallèle et en série, et découvrir leurs ressemblances et leurs différences. Chaque étape exige une lecture attentive, de la précision dans le suivi des instructions, ainsi que de la réflexion critique et de la résolution de problèmes lors de l’observation des résultats. Les élèves apprendront également ce que sont les conducteurs et les isolants, et testeront divers matériaux pour déterminer leur rôle dans un circuit électrique. Des activités d’extension portant sur la résolution de problèmes mathématiques liés à la loi d’Ohm et sur la compréhension de schémas de circuits simples sont également incluses.

Objectifs des élèves

Les élèves seront capables de :

• Construire et tester des circuits en série et en parallèle, et identifier correctement les effets du placement des composants sur le fonctionnement du circuit.
• Distinguer les conducteurs des isolants en testant des matériaux du quotidien et en observant si le circuit est complet avec chaque matériau.
• Appliquer la loi d’Ohm pour résoudre des problèmes de tension, de courant, de résistance et de puissance dans des scénarios de circuits simples.
• Lire et dessiner des schémas de circuits de base à l’aide des symboles électriques normalisés, y compris la représentation des piles, des fils, des interrupteurs et des récepteurs (comme des ampoules), pour des circuits en série et en parallèle.

Matériel

• Document de travail de l’élève
• Diodes électroluminescentes (DEL) de 5 mm – 3 à 5 par élève ou groupe pour le premier test, et 3 à 5 supplémentaires pour les tests suivants. Remarque : les diodes utilisées pour le premier test ne s’allumeront que brièvement ; les groupes devront donc griller quelques diodes pour observer l’étincelle.
• Pile de 9 volts – 1 par élève ou groupe.
• Pâte à modeler (Play-Doh) – 1 paquet par élève ou groupe.
• Paire de pinces crocodiles – 1 par élève ou groupe.
• Trombones – 2 par élève ou groupe.
• Bâtonnet de bois – 1 (deux moitiés) par élève ou groupe.
• Paille en plastique – 2 morceaux par élève ou groupe.
• Pièces de un cent – 2 par élève ou groupe. (Si vous n’avez pas de cents et/ou si vous souhaitez approfondir l’expérience, demandez aux élèves de tester différentes pièces de monnaie et de formuler une hypothèse sur les raisons pour lesquelles un matériau serait conducteur.)

Corrigé

Le Guide de l’élève contient les instructions et les questions de l’activité pratique Circuits en pâte à modeler.

Partie 1 : Test d’un circuit parallèle – Corrigé

1.3A. positive, anode
1.3B. négative, cathode

1.7A. Oui.
1.7B. Les réponses varieront. (Exemple : Je pense que la deuxième diode ne s’allumera pas si elle est placée incorrectement dans la pâte à modeler, mais que la première diode restera allumée.)
1.7C. Les réponses varieront. (Exemple : La deuxième diode ne s’allumera pas parce que le courant positif ne sera pas relié à la borne positive de la diode (l’anode), et le courant négatif ne sera pas relié à la cathode.)

1.8A. Une seule.
1.8B. Celle qui a été inversée.

1.9A. Oui.

1.10A. Une seule.
1.10B. Celle qui a été inversée.
1.10C. A. Resteront allumées.

Partie 2 : Test d’un circuit en série – Corrigé

2.3A. Les réponses varieront. (Exemple : Je pense que la deuxième diode ne s’allumera pas si elle est placée incorrectement dans la pâte à modeler, et que la première diode s’éteindra aussi.)
2.3B. Les réponses varieront. (Exemple : Insérée incorrectement, la deuxième diode interrompra la circulation du courant électrique, ce qui fera aussi éteindre la première diode.)
2.3C. Les deux.
2.3D. Aucune des deux.

2.5A. Oui.
2.5B. B. Elle est devenue plus faible.

2.6A. Toutes les lumières
2.6B. Aucune des deux.
2.6C. B. s’éteindront
2.6D. A. Elle devient plus faible.
2.6E. Les réponses varieront. (Exemple : Dans un circuit parallèle, chaque diode a son propre chemin pour laisser circuler le courant électrique. Quand une diode est inversée, le courant est bloqué pour cette diode, mais les autres restent allumées parce que le courant continue de circuler. Dans un circuit en série, le courant circule en une seule ligne à travers chaque diode. Si une diode est inversée, le courant électrique de tout le circuit est bloqué, et toutes les diodes s’éteignent.)

Partie 3 : Test des conducteurs et des isolants – Corrigé

Faites une prédiction. Les réponses des élèves varieront.
Réponse correcte : Pièce de un cent (Conducteur) ; Paille en plastique (Isolant) ; Bois (Isolant) ; Trombone (Conducteur)

3.2A. Oui.
3.2B. Conducteur.
3.2C. Les réponses varieront. (Exemple : Quand les bornes de la diode ont été reliées aux pièces de un cent, la diode s’est allumée, montrant que le courant électrique circulait à travers les pièces.)

3.3A. Non.
3.3B. Isolant.
3.3C. Les réponses varieront. (Exemple : Quand les bornes de la diode ont été reliées au plastique, la diode ne s’est pas allumée, montrant que le plastique empêchait le courant électrique de circuler.)

3.4A. Non.
3.4B. Isolants.
3.4C. Les réponses varieront. (Exemple : Quand les bornes de la diode ont été reliées au bois, la diode ne s’est pas allumée, montrant que le bois empêchait le courant électrique de circuler.)

3.5A. Oui.
3.5B. Conducteurs.
3.5C. Les réponses varieront. (Exemple : Quand les bornes de la diode ont été reliées aux trombones, la diode s’est allumée, montrant que le courant électrique circulait à travers les trombones.)

3.5D. En série 3.5E. En parallèle 3.5F. En série 3.5G. En parallèle

Partie 4 : Loi d’Ohm – Activité mathématique – Corrigé

4.1
V = I × R
2 A × 5 Ω = 10 V

4.2
R = V / I
12 V / 3 A = 4 Ω

4.3
Réponse : I = V / R
10 V / 20 Ω = 0,5 A

4.4
R = V / I
15 V / 0,5 A = 30 Ω

4.5
20 Ω + 30 Ω = 50 Ω (résistance totale)

4.6
I = V / R (totale)
10 Ω + 30 Ω = 40 Ω
20 V / 40 Ω = 0,5 A

4.7
P = V² / R
20² = 400 V
400 V / 5 Ω = 80 W

4.8
P = V² / R
12² = 144 V
144 V / 4 Ω = 36 W

Partie 5 : Introduction aux schémas de circuits – Corrigé

5.2 Les réponses varieront.
Exemple : L’ampoule est actuellement « éteinte ». Le circuit électrique est ouvert, ce qui empêche le courant de circuler.

5.3
Exemple (interrupteur fermé)

5.4
Exemple

5.5
Exemple

Extension – Laboratoire PhET – Construire un circuit : CC

Instructions : Utilisez le « Document de travail de l’élève – Extension – Laboratoire PhET » et le guide de l’enseignant ci-dessous pour mener l’activité en laboratoire.

Introduction

Ce guide d’accompagnement de la simulation PhET « Construire un circuit : CC » offre aux élèves un moyen visuel et interactif d’explorer les circuits électriques. Les élèves construisent des circuits en série et en parallèle, étudient les conducteurs et les isolants, mesurent l’intensité du courant électrique et examinent la relation entre la tension, la résistance et le courant dans le cadre d’une démarche d’investigation guidée. La simulation est disponible en français.

Objectifs des élèves

Les élèves seront capables de :

• Construire des circuits en série et en parallèle fonctionnels.
• Comparer le comportement des circuits en série et en parallèle quand on ajoute ou retire des lampes.
• Expliquer pourquoi les lampes ont une luminosité différente dans les circuits en série et en parallèle.
• Classer des matériaux du quotidien comme conducteurs ou isolants selon qu’ils laissent ou non circuler le courant électrique.
• Mesurer l’intensité du courant électrique à l’aide d’un ampèremètre virtuel.
• Étudier comment la résistance influence la circulation du courant électrique dans un circuit.
• Étudier comment un changement de tension influence l’intensité du courant lorsque la résistance reste constante.
• Utiliser des données expérimentales pour découvrir et appliquer la loi d’Ohm (V = IR).

Guide de rythme

Si le temps est limité, les Parties 1 à 3 offrent une solide introduction conceptuelle aux circuits, tandis que la Partie 4 sert d’extension plus avancée vers les relations électriques quantitatives (loi d’Ohm).

Notes pour l’enseignant

• Cette activité est conçue comme une démarche d’investigation guidée. Les captures d’écran du document de l’élève permettent aux élèves de construire de façon autonome des circuits de plus en plus complexes tout en faisant des observations et en recueillant des données. Tout au long de l’investigation, les élèves formulent des prédictions et les comparent aux résultats de la simulation.
• Les élèves peuvent accidentellement déconnecter ou supprimer des composants pendant la construction des circuits. La simulation leur permet de reconnecter facilement les fils ou de retirer les composants incorrects à l’aide des outils ciseaux et poubelle.

Corrigé

Partie 1 : Test d’un circuit en série
Partie 1B – A : Le premier circuit avec une seule lampe. Partie 1B – B : Les deux lampes s’éteignent immédiatement.

Partie 1C – A : Le circuit à deux lampes. Partie 1C – B : Les trois lampes s’éteignent.
Partie 1C – C : Non. Tant que le circuit reste fermé, les trois lampes resteront allumées. L’emplacement des lampes n’a pas d’effet sur la circulation du courant.
Partie 1C – D : Oui, les trois lampes sont restées allumées.
Partie 1C – E : Non. Retirer une lampe ouvre le circuit, ce qui empêche le courant de circuler à travers toutes les lampes. Partie 1C – F : Toutes les lampes se sont éteintes.

Partie 2 : Test d’un circuit parallèle
Partie 2B – A : garderont. Partie 2B – B : ne garderont pas. Partie 2B – C : Les réponses varieront.
Partie 2B – D : Elles sont restées allumées.
Partie 2B – E : Dans un circuit parallèle, chaque lampe a son propre chemin vers la pile. Retirer une lampe n’interrompt qu’une seule branche. Dans un circuit en série, il n’y a qu’un seul chemin vers la pile, donc retirer une lampe ouvre le circuit en entier.
Partie 2B – F : Circuit en série : le dessin de l’élève devrait montrer cinq lampes reliées l’une après l’autre en une seule boucle. Circuit parallèle : le dessin de l’élève devrait montrer cinq lampes sur des branches séparées, reliées de part et d’autre de la pile.

Partie 3 : Isolants et conducteurs

Partie 3A – Tableau de données 1 :

Partie 3A – A : ne laissent pas. Partie 3A – B : laissent.

Partie 4 : Courant, résistance et tension
Partie 4A – (A à C) : Les réponses varieront.
Partie 4A – Tableau de données 2 : L’intensité du courant sera la même à chaque endroit du circuit (0,90 A).

Partie 4B – A : Les réponses varieront.
Partie 4B – Tableau de données 3 :

Partie 4B – B : Quand la résistance augmente, l’intensité du courant diminue, et vice versa (si la tension reste la même).
Partie 4B – C : augmente ; diminuera

Partie 4C – Tableau de données 4 : Les élèves devraient constater qu’en divisant 9 par la résistance, on obtient l’intensité du courant (Intensité = 9 / Résistance).
Partie 4C – A : Les élèves devraient constater qu’en multipliant la résistance par l’intensité, on obtient toujours 9 (Résistance × Intensité = 9). Le nombre 9 représente la tension de la pile (9 V).

Partie 4D – A : Les réponses varieront.
Partie 4D – Tableau de données 5 :

Partie 4D – B : a augmenté ; a augmenté
Partie 4D – C : Oui. Comme la résistance reste constante, l’intensité du courant augmente proportionnellement à la tension.
Partie 4D – D : Les élèves devraient déterminer que : Tension / Résistance = Intensité ; ou de façon équivalente : Tension = Intensité × Résistance.
Partie 4D – E : Intensité du courant = Tension / Résistance
Partie 4D – F : Résistance = Tension / Intensité

Billet de sortie

Instructions : Accédez au billet de sortie et demandez aux élèves de réfléchir à la question posée et d’y répondre.