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
