Activité par les élèves – Circuits en parallèle
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SNC1D/SNC1P Caractéristiques de l’électricité/Applications de l’électricité Activité par les élèves – Circuits en parallèle Sujets Durée électricité dynamique circuits en parallèle préparation : 5 min activité : 20 min Attentes particulières SNC1D A1.1 Repérer un problème de nature scientifique, poser des questions s'y rattachant et formuler une hypothèse. A1.8 Évaluer la fiabilité des données empiriques (p. ex., identifier les sources d'erreur et d'incertitude dans les mesures) ou de l'information recueillie ou la solution à un problème. A1.9 Analyser et synthétiser les données empiriques ou l'information recueillie (p. ex., traiter les données, choisir les unités SI appropriées, appliquer des techniques de conversion, sélectionner des citations, développer les idées principales et secondaires). A1.10 Tirer une conclusion et la justifier. A1.11 Présenter des données empiriques, des renseignements recueillis au cours d'une recherche documentaire ou les étapes de la résolution d'un problème dans une forme appropriée (p. ex., diagramme, tableau, graphique, photographie). A1.12 Communiquer ses méthodes de recherche, ses idées et ses résultats en utilisant un mode de production attendu (p. ex., rapport de laboratoire, page Web, vidéo, exposé oral, exposé écrit). E1.4 Reconnaître les symboles et les fonctions des composantes d'un circuit électrique simple E1.5 Définir les principes du courant continu, du courant alternatif, de la différence de potentiel et de la résistance, et identifier les instruments servant à les mesurer (p. ex., voltmètre, ampèremètre, multimètre). E2.5 Concevoir et construire des circuits en parallèle et en série et effectuer des mesures de courant, de différence de potentiel et de résistance en utilisant les unités et les instruments appropriés (p. ex., concevoir une expérience pour déterminer l'effet de l'ajout d'une résistance sur l'intensité du courant et la différence de potentiel dans des circuits en série et en parallèle). [P, ER] E2.10 Communiquer oralement et par écrit dans différents contextes en se servant des termes justes dont : charge électrique, électricité statique, électricité dynamique, isolant, conducteur, attraction, répulsion, électroscope, induction, mise à la terre, paratonnerre, précipitateur électrostatique, pile, circuit, différence de potentiel, courant, résistance, résistance équivalente, coulomb, ampèremètre, voltmètre. [C] SNC1P A1.1 Repérer un problème de nature scientifique, poser des questions s'y rattachant et formuler une hypothèse. A1.8 Évaluer la fiabilité des données empiriques (p. ex., identifier les sources d'erreur et d'incertitude dans les mesures) ou de l'information recueillie ou la solution à un problème. A1.9 Analyser et synthétiser les données empiriques ou l'information recueillie (p. ex., traiter les données, choisir les unités SI appropriées, appliquer des techniques de conversion, sélectionner des citations, développer les idées principales et secondaires). A1.10 Tirer une conclusion et la justifier. A1.11 Présenter des données empiriques, des renseignements recueillis au cours d'une recherche documentaire ou les étapes de la résolution d'un problème dans une forme appropriée (p. ex., diagramme, tableau, graphique, photographie). A1.12 Communiquer ses méthodes de recherche, ses idées et ses résultats en utilisant un mode de production attendu (p. ex., rapport de laboratoire, page Web, vidéo, exposé oral, exposé écrit). E1.3 Définir les principes du courant, de la différence de potentiel et de la résistance à partir d'une analogie (p. ex., eau courante dans les tuyaux) et identifier les instruments qui servent à les mesurer (p. ex., ampèremètre, voltmètre, multimètre). E1.4 Reconnaître les symboles et les fonctions des composantes d'un circuit électrique simple. E1.5 Distinguer les circuits en série des circuits en parallèle à partir d'observations E2.3 Concevoir et dessiner des circuits simples, en parallèle et en série, en utilisant la notation et les symboles appropriés. [C] E2.8 Communiquer oralement et par écrit dans différents contextes en se servant des termes justes dont : charge électrique, électricité statique, électricité dynamique, isolant, conducteur, attraction, répulsion, électroscope, induction, mise à la terre, paratonnerre, pile, circuit, différence de potentiel, courant, résistance, ampèremètre, voltmètre. [C] Introduction Cette démonstration consiste à construire deux circuits dans le but de comparer la luminosité d’une ampoule électrique lorsqu’elle est montée dans un circuit à une cellule et dans un circuit à trois cellules branchées en parallèle. À la rubrique des prochaines étapes, on compare également les différences de potentiel des deux circuits. Matériel Chaque groupe d’élèves aura besoin de ce qui suit : 7 longueurs de fil avec pinces crocodile 3 cellules (piles AA) une ampoule d’au moins 4,5 v un commutateur Consignes de sécurité • Une ampoule allumée devient très chaude après quelque temps. Évitez d’y toucher et laissez refroidir l’ampoule avant de la manipuler. Marche à suivre Partie 1 -­‐ Circuit à une cellule 1. Demandez aux élèves de construire un circuit simple en connectant ensemble avec des fils une cellule, un commutateur et une ampoule (fig. 1). 2. Fig. 1 Montage du circuit à une cellule pour l’étape 1 Observer Demandez aux élèves d’observer la luminosité de l’ampoule électrique. Partie 2 -­‐ Circuit à trois cellules en parallèle 3. Demandez aux élèves d’ajouter deux autres cellules au circuit. Les cellules devraient être montées en parallèle comme le montre la figure 2. Le commutateur doit rester ouvert à ce moment. Fig. 2 Montage du circuit à trois cellules pour l’étape 3 4. 5. 6. 7. Prédire Demandez aux élèves de prédire la différence de luminosité de l’ampoule électrique dans les deux circuits. Expliquer Demandez aux élèves de justifier leurs prédictions en se basant sur leur connaissance de l’électricité dynamique et des composants d’un circuit électrique simple. Observer Demandez aux élèves de fermer le circuit afin de vérifier leurs prédictions. Expliquer Demandez aux élèves de revoir leurs prédictions et de les comparer à leur observation. Nettoyage Apportez les piles déchargées au poste de recyclage des piles de l’école ou dans un magasin de rénovation résidentielle (p. ex., Home Depot, Canadian Tire). Dotez-vous d’un plan d’élimination des ampoules électriques cassées qui est conforme au protocole de la commission scolaire et qui convient à la municipalité. Qu’est-­‐ce qui se produit? La luminosité de l’ampoule est la même dans le circuit à une cellule et dans le circuit à trois cellules branchées en parallèle. Les deux cellules supplémentaires branchées en parallèle n’ont aucune incidence sur la luminosité de l’ampoule. Comment ça fonctionne? Lorsque les cellules sont branchées en parallèle, la différence de potentiel totale entre elles est la même que celle à l’intérieur d’une cellule (si les cellules sont identiques). Exemple : dans des piles AA chargées, la différence de potentiel de chaque pile est de 1,5 V. Si on les branche en parallèle, la différence de potentielle entre elles est aussi de 1,5 V. L’analogie de la colonne d’eau (consulter les ressources supplémentaires) permet d’illustrer la différence de potentiel des circuits électriques. Prenons une colonne d’eau avec un orifice à la base par lequel l’eau peut s’écouler. La différence entre l’énergie gravitationnelle potentielle au sommet et à la base de la colonne est déterminée par la « hauteur » de celle-ci. De la même façon, la différence de l’énergie électrique potentielle d’une cellule est déterminée par la « hauteur » ou différence de l’énergie électrique potentielle entre les alvéoles positive et négative de la cellule. Ces écarts sont le résultat de la réaction chimique qui se déroule à l’intérieur de chaque alvéole. Lorsque les cellules sont montées en parallèle, leur « hauteur » totale demeure la même. Par conséquent, la différence de potentiel entre les cellules est la même que la différence de potentielle d’une seule cellule. Suggestions/conseils pour l’enseignante ou l’enseignant 1. 2. Vérifiez toutes les piles avant l’activité afin de vous assurer qu’elles présentent toutes une différence de potentiel presque identique. Il serait utile de faire une démonstration avec une colonne d’eau pour aider les élèves à comprendre ce qu’est un circuit à cellules en parallèle. Prochaines étapes Répétez l’activité en utilisant : • un voltmètre pour mesurer la différence de potentiel entre les cellules et de l’ampoule électrique (charge); • trois piles branchées en série. Ressources supplémentaires 1. 2. 3. Site Web interactif de construction de circuits http://resources.schoolscience.co.uk/britishenergy/11-14/chal1.html (en anglais seulement) Ressource de l’APSO : leçon sur les cellules et les piles sources montées en série et en parallèle – http://stao.ca/res2/elw/L41.php (en anglais seulement) Ressource de l’APSO : analogie de la colonne d’eau – http://stao.ca/VLresources/2008/TheWaterModel.doc (en anglais seulement)
