Démarche d`investigation Comment distinguer une tension continue
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3e Démarche d’investigation Comment distinguer une tension continue et une tension alternative ? Pré-requis et place dans la progression : - Les notions de tension variable et de tension alternative ont été abordées à la fin du chapitre précédent. - Les élèves savent qu’une pile fournit une tension constante au cours du temps, et qu’un alternateur constitué d’un aimant et d’une bobine délivre une tension variable. - Afin de mesurer une tension, chacun sait utiliser un multimètre en voltmètre, le brancher convenablement dans un circuit et placer le sélecteur sur le calibre le mieux adapté. - Les élèves savent que le fonctionnement d’une DEL dépend de son sens de branchement et que les DEL doivent être associées en série avec une résistance destinée à les protéger. - Chacun sait que pour commander l’ensemble d’un circuit avec des dérivations, un interrupteur doit être placé dans la branche principale. Objectifs : - Etablir un protocole expérimental destiné à résoudre un problème, en mettant en application ses savoirs. - Réinvestir les connaissances déjà abordées concernant les tensions continues, variables, alternatives, afin que chaque élève se les approprie et les maîtrise. - Compléter ces notions avec l’introduction du générateur de tensions alternatives tel que le GTBF (dans le but d’aborder plus tard la tension du secteur). - Distinguer une tension continue et une tension alternative, ainsi que les générateurs qui les délivrent. 1/ Introduction : situation déclenchante Martin et ses feux pour son circuit de train électrique 2/ Le problème à résoudre "Quels générateurs feront fonctionner chacun de ces 2 feux comme Martin le souhaite ?" 3/ Recherche de solutions : hypothèses - expériences a/ Activité de l’élève Fiche "Travail à effectuer et consignes à suivre" b/ Le travail est terminé quand … Le travail est terminé lorsque le montage réalisé permet de faire briller chaque DEL seule, et que chaque groupe a émis comme hypothèse qu’il faut un alternateur ou un générateur de tensions alternatives pour faire s’allumer successivement les 2 DEL. c/ Points sensibles et interventions à prévoir - Difficultés pour identifier les dipôles qui modéliseront les feux du circuit de train → En classe entière, suivre les propositions faites par quelques élèves, les discuter, les critiquer, faire trouver pourquoi tel composant ne conviendrait pas …Guider au minimum la réflexion des élèves. - Le groupe a des difficultés pour faire la liste du matériel nécessaire → faire trouver quels dipôles sont indispensables, en passant en revue le rôle de chacun. - Le groupe n’arrive pas à représenter le schéma du montage → reprendre la liste du matériel et voir comment les dipôles s’utilisent les uns par rapport aux autres. → donner la possibilité de réaliser d’abord l’expérience, et de la schématiser ensuite. - Le groupe a des difficultés pour brancher les 2 DEL en dérivation dans le circuit → reprendre ensemble quels composants se trouvent dans les branches principale et dérivées. → rappeler comment réaliser un circuit comportant des dérivations. - Le groupe n’a pas représenté de voltmètre pour mesurer la tension délivrée par le générateur → rappeler que cet appareil de mesures est utile pour mieux comprendre le fonctionnement du circuit, car il fournira des renseignements sur les valeurs de la tension au cours du temps. - Le groupe a des difficultés pour brancher le voltmètre → faire quelques rappels sur l’utilisation du multimètre (en dérivation, bornes, calibres …) - Dans le cas du feu B, le groupe ne parvient pas à formuler d’hypothèse, et ne pense pas aux alternateurs ou aux générateurs de tensions alternatives. →guider au minimum les élèves pour qu’ils trouvent que le sens du courant doit s’inverser, donc qu’il faudrait un générateur dont le + et le – s’échangeraient, donc un générateur qui fournirait une tension positive puis négative … d/ Compléments d’activité pour les plus rapides - Activités 1 et 2 sur feuille de travail distribuée à chaque groupe - Activité 3 : aborder le cas de la tension du secteur fournie par les prises de courant : s’agit-il d’une tension continue ? Variable ? Alternative ? - Activité 4 : faire réaliser le montage correspondant au feu B, avec comme générateur l’alternateur de bicyclette, ou bien un générateur de tensions alternatives type GTBF. Commencer à aborder la notion de fréquence, en s’appuyant sur le fait que les DEL clignotent plus ou moins vite. 4/ Mise en commun des résultats * Cas du feu A : confrontation des protocoles expérimentaux des différents groupes, mise en commun des schémas de circuit et des valeurs de tension obtenues (pile - tension continue 4,5V - même schéma pour tous les groupes - une seule DEL brille ; inverser les branchements de la pile pour que l’autre s’allume). * Cas du feu B : à l’oral, mise en commun des hypothèses proposées par chaque groupe. Commentaires de la classe, argumentation, critique, puis validation ou non des hypothèses par l’expérience si c’est possible. Quelques hypothèses proposées par les élèves dans le cas du feu B: - 2 piles et 2 interrupteurs, ou bien 2 piles et un interrupteur-3 positions : montage peu pratique, puisqu’il nécessite l’intervention permanente d’une personne pour actionner les interrupteurs. - Alternateur du type de la maquette "aimant + bobine" : aucune DEL ne s’allume car l’intensité du courant généré est trop faible. - Alternateur de bicyclette : on voit les DEL clignoter mais pas alternativement, car à basse fréquence le courant est trop faible pour faire briller les DEL, et à fréquence plus élevée on est confronté au problème de persistance rétinienne. Confronter les différentes hypothèses : elles mettent en évidence la nécessité d’avoir un générateur de tensions alternatives. Faire trouver alors que la tension doit varier lentement pour qu’on ait le temps de voir clignoter successivement les DEL : il nous faut un GTBF. Faire le montage au bureau avec la caméra sur les DEL et le Voltmètre (ou bien le faire réaliser par groupe d’élèves avec de petits GTBF). On constate que la tension fournie est variable et alternative, et que le GTBF délivre un courant qui change de sens au cours du temps. On valide alors l’hypothèse du générateur de tensions alternatives. 5/ Synthèse - conclusions dans le cours - réinvestissement - exercices d’application - Bilan de ce qui est à retenir (avec le "bon" vocabulaire) - Dans le cours : distinction entre une tension continue et une tension alternative, ainsi qu’entre les générateurs qui les délivrent - Réinvestissement des savoirs dans la suite du chapitre, qui concerne l’étude d’une tension alternative
