Chercher des réponses ou des solutions à des problèmes d’ordre scientifique ou technologique Entendez-vous le boum boum tchi-ka-boum? Communiquer à l’aide des langages utilisés en science et technologie Dring Dring! (ton cellulaire sonne) Ton ami : Salut c’est moi, j’ai un gros problème pour le party de ce soir. Les haut-parleurs de mon système de son sont « pettés » et là, il est trop tard, les magasins sont déjà fermés. Je ne sais pas quoi faire! Toi : Relax c’est pas grave! T’as tout ce qui faut chez toi pour te faire un haut-parleur. Ton ami : Hein? Toi : Ben oui. Est-ce que t’as du fil électrique très fin, de la colle, du carton et un aimant? Ton ami : Oui Toi : Bon, alors bouge pas, j’arrive! Je vais te montrer comment faire des haut-parleurs pour ce soir! Ton ami : COOL! Nom : ______________________________________ Date : ____________________ 2 Décrivez le problème dans vos mots À partir de la mise en situation, indiquez ce que vous devez faire. Fabriquer un haut-parleur. Explorez la situation d’un point de vue scientifique ou technologique Indiquez ce que vous savez à propos du problème. Réponses variables. Ça prend du fil électrique très fin, de la colle, du carton et un aimant. Il faut un système de son (amplificateur) pour faire jouer des haut-parleurs. Indiquez ce que vous devez savoir à propos du problème. Réponses variables. Je dois savoir comment monter mes éléments afin de produire un son. Je dois comprendre comment est fabriqué un haut-parleur et comment l’électricité entre en jeu. CD 1 : Représentation adéquate de la situation CD 3 : originale Interprétation message Création : Érick juste Sauvé,de CSDL 2010 à caractère scientifique et et à caractère Bonification adaptation technologique : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 3 Avant de vous lancer dans la fabrication du haut-parleur, complétez les tâches d’acquisition de connaissances 1 à 5 afin d’être en mesure de bien remplir votre mandat en comprenant les concepts d’électricité et d’électromagnétisme contenus dans cette situation d’apprentissage. Tâche 1 : Les 35 défis électroniques Image 1. Demandez le matériel nécessaire à votre enseignant afin de complétez les défis électroniques 1 à 20. Il en profitera pour vous faire un «petit cours» sur l’utilisation du matériel (au besoin) incluant un rappel sur les schémas électriques. Consignez vos observations et chaque schéma dans votre cahier de laboratoire personnel. Faites-lui approuver vos montages et vos schémas à partir du défi 6. Le manuel de référence est utile afin d’utiliser les bons symboles sur vos schémas. Correction dans le cahier de laboratoire. Vérification des schémas et des montages. Tâche 2 : Analyse technologique d’une lampe de poche Demandez une lampe de poche à 9 DEL à votre enseignant ainsi que le matériel nécessaire à son analyse. Votre tâche consiste à expliquer le fonctionnement de cette Image 2. dernière en insistant sur le chemin parcouru par les électrons. En bref, par où passe le courant? De plus, vous dessinerez le schéma électrique de celle-ci en indiquant les différentes parties et la fonction électrique des éléments tout en respectant les symboles de science et technologie. Consignez vos observations et votre schéma dans votre cahier de laboratoire personnel. Faites corriger votre travail par votre enseignant. Vous en profiterez aussi pour faire un résumé des notions explorées dans les tâches 1 et 2. Correction dans le cahier de laboratoire de l’élève de son explication du fonctionnement de la lampe de poche (variable selon le modèle utilisé) et de son schéma électrique. Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 4 Tâche 3 : Laboratoire dirigé sur l’électricité statique Détectons l’électricité statique grâce à l’électroscope! But : Détecter la présence d’électricité statique en laboratoire Matériel : - Électroscope Règle en plastique Tige de verre Morceau de laine Image 3. Manipulations : Faire la mise à la terre de l’électroscope en touchant la boule avec la main. Frotter la règle en plastique sur la laine. Approcher la règle de la boule sans y toucher. Noter vos observations dans le tableau. Éloigner la règle. Noter vos observations dans le tableau. Recommencer les quatre manipulations précédentes avec la tige de verre. Noter vos observations. 6. Refaire la mise à la terre. 7. Frotter la règle sur la laine. 8. Approcher la règle de la boule sans y toucher. 9. Tout en laissant la règle tout près de la boule, toucher la boule d’aluminium avec l’index de votre main libre. 10. Retirer votre index en premier et retirer finalement la règle. Noter vos observations. 11. Sans avoir fait de mise à la terre après la dernière manipulation, approcher maintenant la règle frottée de la boule sans y toucher. Retirer la règle et noter vos observations. 12. Refaire la 11e manipulation avec la tige de verre frottée. Noter vos observations. 13. Faire la mise à la terre et ranger le matériel. 1. 2. 3. 4. 5. Observations Difficile à voir si le taux d’humidité est trop élevé. Objet Action Résultat sur les feuilles d’aluminium Règle Approcher la règle de la boule sans y toucher. Elles s’écartent. Règle Éloigner la règle. Elles se rapprochent. Tige de verre Tige de verre Approcher la tige de verre de la boule sans y Elles s’écartent. toucher. Éloigner la tige de verre. Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 Elles se rapprochent. 5 Règle Approcher la règle de la boule sans y toucher. Elles s’écartent. Règle Avec la règle tout près, toucher la boule avec Elles se rapprochent. l’index. Règle Retirer votre index en premier et retirer Elles s’écartent. finalement la règle. Règle Approcher la règle frottée de la boule sans y Elles se rapprochent. toucher. Tige de verre Approcher la tige de verre frotté de la boule Elles s’écartent encore plus. sans y toucher. Retour sur les observations 1. Associez les particules subatomiques (neutrons, protons, électrons) à leur charge électrique. Charge positive : Protons___ Charge négative : Électrons__ Aucune : Neutrons 2. Expliquez pourquoi les feuilles de l’électroscope s’écartent parfois l’une de l’autre. Le fait qu’elles s’écartent ou se repoussent montre que les feuilles d’Al possèdent des charges de même signe (positives ou négatives). En approchant la règle chargée négativement de la boule, la règle « repousse » les charges négatives du fil de cuivre, laissant les charges positives dans le haut du montage et les charges négatives dans le bas de ce même montage. Ainsi, les charges négatives se repoussent et les feuilles s’écartent. 3. Expliquez ce qui se passe lorsqu’on touche la boule d’aluminium de l’électroscope avec le doigt. Le corps absorbe les charges excédentaires de l’électroscope, un peu comme le principe de la mise à la terre. L’électroscope redevient donc neutre. 4. En frottant la tige de verre et la règle sur la laine, acquièrent-elles le même type de charge? Expliquez. Non, puisque lors de la manipulation 11 et 12, les résultats ne sont pas les mêmes, ce qui montre que les objets n’étaient pas chargés de la même façon. Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 6 5. Quelle particule subatomique circule lorsqu’on frotte ou touche des objets et laquelle ne circule pas? En d’autres mots, laquelle est mobile et laquelle ne l’est pas? L’électron. 6. Pourrait-on utiliser un électroscope pour savoir quel type de charge possède un matériau inconnu ? Expliquez. Oui, il s’agit d’avoir un matériau connu et de l’utiliser pour charger l’électroscope. Si les feuilles se repoussent davantage, c’est que le matériau possède le même type de charges que celui utilisé pour charger l’électroscope. Si les feuilles s’attirent, c’est donc que les charges du matériau inconnu sont contraires à celles que possède le matériau connu. 7. En bref, l’électricité statique c’est : L’ensemble des phénomènes liés aux charges électriques au repos (ERPI). L’électricité statique est associée aux phénomènes de charges électriques au repos, lorsqu’il n’y a pas de circulation des charges électriques (comme dans un circuit). (AllôProf) 8. Complétez la phrase suivante : les charges électriques de même signe se repoussent et celles de signe contraire s’attirent. 9. En sachant que la tige de verre se charge positivement lors du frottement contre la laine, dessine les charges électriques sur l’électroscope et les objets selon le cas (page suivante). Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 7 Électroscope neutre Règle de plastique Tige de verre On touche avec le doigt Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 Règle de plastique On retire le tout 8 Tâche 4 : Laboratoires dirigés sur le magnétisme et l’électromagnétisme 4.1 Le champ magnétique des aimants, c’est fascinant! But : observer le champ magnétique d’un aimant. Matériel : ordinateur relié à Internet. La découverte des aimants remonte à l’Antiquité alors que certaines pierres avaient le pouvoir d’attirer le fer. Plus tard, vers l’an 1000, en Asie, l’ancêtre de la boussole est née. Elle permettait aux utilisateurs de savoir où était le sud. Vers 1600, on alla même jusqu’à affirmer que la planète Terre était un gigantesque aimant. Découvrez à votre tour les aimants et leurs propriétés en allant sur le site ci-dessous et en répondant aux questions qui suivent : Image 4. http://physiquecollege.free.fr/physique_chimie_college_lycee/lycee/premiere_1S/spectre_magn etique_aimant_droit.htm Mot-clés pour Google : spectre magnétique aimant droit animation (1er résultat) Manipulations 1. Une fois sur le site, déplacez la boussole et vous verrez apparaître les lignes de champ magnétique de l’aimant. 2. Cliquez sur la flèche blanche en bas à droite. Vous pouvez maintenant déplacer l’aimant audessus des boussoles. 3. Faites apparaître le spectre de l’aimant en cliquant en bas à gauche sur «spectre». Observations Dessinez le champ magnétique autour d’un aimant droit et trois boussoles colorées autour de ce dernier. N’oubliez pas les flèches du champ magnétique. Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 9 Retour sur les observations 1. Qu’est-ce qu’un champ magnétique? Un champ magnétique est l'espace invisible autour d'un aimant ou d'un fil électrique à l'intérieur duquel les forces magnétiques peuvent s'exercer sur d'autres aimants ou sur des substances ferromagnétiques (AllôProf). Un champ magnétique correspond à la région de l’espace dans laquelle la force magnétique d’un aimant peut agir sur un autre aimant (ERPI). 2. De quelle façon sont orientées les lignes de champ magnétique autour d’un aimant? Du « nord » vers le « sud » de l’aimant. 3. Comment peut-on déterminer les pôles d’un aimant? À l’aide d’une boussole. Le pôle nord d’une boussole sera attiré par le pôle sud de l’aimant, car les pôles contraires s’attirent. On peut également les trouver à l’aide d’un aimant dont les pôles sont connus. Comme la boussole finalement. Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 10 4. Défi : dessine maintenant le champ magnétique d’un aimant en U et de paires d’aimants. S N S N S S N N N S Consultez le site suivant pour des plus beaux dessins : http://bv.alloprof.qc.ca/science-ettechnologie/l'univers-materiel/l'electromagnetisme/le-champ-magnetique/le-champmagnetique-autour-des-aimants.aspx Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 11 4.2 Le champ magnétique d’un fil parcouru par un courant Ce laboratoire dirigé vous propose de refaire une expérience historique qui a eu lieu vers la fin de l’année 1820 à l’université de Copenhague. À ce moment, Christian Oersted, professeur à cette université, donne un cours traitant de l’effet calorifique d’un fil conducteur joignant les deux bornes d’une pile de Volta. Lors de Image 5. la démonstration, un étudiant lui fit remarquer qu’une aiguille aimantée placée par hasard sur la table tout près se met à osciller. Suite à cette observation, après son cours, il répéta l’expérience et conclut que l’aiguille aimantée dévia de moins en moins à mesure qu’elle approcha du fil alimenté par la pile. Il publia sa découverte et grâce à cela, Ampère développa une théorie à la base de l’électromagnétisme. Acclamé par ses pairs et très célèbre au Danemark, Oersted mourut le 9 mars 1851 et fut inhumé devant des milliers de personnes. But : Observer le champ magnétique d’un fil parcouru par un courant Matériel : - Un fil conducteur d’environ 15 cm Une résistance de 10 W d’environ 1 ohm (au besoin) Trois fils avec pinces crocodiles Une boussole De la limaille de fer Un morceau de carton rigide percé en son centre Deux supports universels Deux ou trois pinces universelles Une source de courant continu Image 6. Manipulations 1. À l’aide du matériel, suspendre le fil de haut en bas en le passant dans un petit trou au centre du carton 2. Brancher le fil et la résistance, un à la suite de l’autre, à la source ce courant continu. 3. Mettre la boussole sur le carton près du fil. 4. Allumer la source à 6 V et à l’ampérage maximal, mais sans la laisser allumer trop longtemps pour éviter la surchauffe. Juste le temps de prendre la mesure. Les ajustements peuvent varier selon la source utilisée. Voir ton enseignant au besoin. Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 12 5. Déplacer la boussole autour du fil et notez vos observations. 6. Éteindre la source. 7. Enlever la boussole et saupoudrer de la limaille de fer sur le carton. 8. Allumer la source et frapper légèrement votre montage afin de bouger la limaille de fer. 9. Éteindre la source. 10. Notez vos observations. 11. Inversez les fils aux bornes de la source. 12. Refaire les manipulations 3 à 10 et notez vos observations. 13. Nettoyer et ranger le matériel. Observations peuvent être difficiles à observer selon le matériel utilisé. Notez vos observations en indiquant la borne positive et négative « du fil ». De plus, notez les positions de l’aiguille de la boussole à trois endroits. Finalement, dessinez les lignes de champ magnétique. Manipulation 5 Manipulation 10 Manipulation 12 Manipulation 12 Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 13 Retour sur les observations 1. Comment sont disposées et orientées les lignes de champ magnétique d’un fil parcouru par un courant électrique ? Elles sont en cercle concentrique autour du fil et leur orientation dépend du sens du courant électrique. 2. À l’aide du manuel de référence, expliquez une façon théorique de déterminer la direction du champ magnétique d’un fil parcouru par un courant. Cette façon de faire confirme-t-elle vos résultats expérimentaux? On peut connaître la forme et la direction des lignes du champ magnétique engendrées par le courant à l'aide de la première règle de la main droite. La règle de la main droite permet de déterminer le sens du champ magnétique autour du fil droit. On peut aussi utiliser une boussole pour déterminer le sens du champ magnétique puisque celle-ci pointe dans la même direction que le champ magnétique; elle sera donc perpendiculaire au fil électrique (Allô Prof). Règle de la main droite : Le pouce pointe dans le sens conventionnel du courant (il pointe du + vers le -). Les doigts qui entourent le fil indiquent la direction des lignes de champs magnétique. 3. Comment pourriez-vous augmenter la force de ce champ magnétique? En augmentant le courant électrique passant dans le fil ou en changeant la nature du fil. 4. Comment pourriez-vous améliorer le protocole de ce laboratoire? Réponses variables. En ayant des fils de différentes natures. En ayant des boussoles de qualité. Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 14 4.3 Le champ magnétique d’un solénoïde Image 7. André-Marie Ampère naît en France en 1775 et y meurt en 1836. Il a consacré toute sa vie à l’avancement des connaissances. «Ses travaux de laboratoire amènent Ampère à imaginer et à réaliser, de ses propres mains, des montages et des dispositifs ingénieux. Leur portée pratique est immense. Certains sont à la base d'appareils de mesure électrique : l'ampèremètre, pour la Image 8. mesure de l'intensité, le voltmètre, pour la mesure des différences de potentiel.». Il a d’ailleurs travaillé sur un objet dont vous en ferez l’étude aujourd’hui. «Le solénoïde : il est constitué par l'enroulement en hélice d'un fil métallique auquel Ampère donne le nom de solénoïde, mot qui, étymologiquement, signifie « en forme de conduit ». Traversé par un courant, le solénoïde se comporte comme un véritable aimant ; l'allure des lignes d'induction du champ magnétique extérieur est comparable. On peut lui attribuer une face nord et une face sud, comme dans le cas d'un aimant. Cet enroulement est utilisé dans un grand nombre d'appareils : transformateurs, électro-aimants...» But : observer le champ magnétique d’un solénoïde parcouru par un courant. Matériel : - Des fils avec pinces crocodiles Une résistance de 10 W d’environ 1 ohm (au besoin) Une latte de bois Une boussole miniature Une source de courant continu Deux supports universels Deux pinces universelles Un solénoïde avec peu de spires (ex. 10) et un avec plus de spires (ex. 30) Manipulations : 1. Installer le solénoïde avec peu de spires à 10 centimètres du comptoir à l’aide des supports et des pinces. 2. Brancher chaque extrémité du solénoïde à une borne de la source de courant à l’aide des fils, tout en y ajoutant la résistance en série. 3. Fixer la boussole sur le bout de la latte de bois. Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 15 4. Allumer la source à 6 V et à l’ampérage maximal, mais sans la laisser allumer trop longtemps pour éviter la surchauffe. Juste le temps de prendre la mesure. Les ajustements peuvent varier selon la source utilisée. Voir ton enseignant au besoin. 5. Promener la boussole autour et dans le solénoïde. 6. Éteindre la source et noter vos observations. 7. Inverser les fils aux bornes de la source. 8. Répéter les étapes 4 à 6. 9. Remplacer le solénoïde par celui avec plus de spires. 10. Répéter les étapes 4 à 6. 11. Ranger le matériel. Observations peuvent être difficiles à observer selon le matériel utilisé. Notez vos observations en dessinant le solénoïde et en indiquant la borne positive et négative. De plus, notez les positions de l’aiguille de la boussole à trois endroits à l’aide de couleurs. Finalement, dessinez les lignes de champ magnétique d’une autre couleur. N’oubliez pas les flèches du champ magnétique. Manipulation 6 Manipulation 8 L’aiguille de la boussole se placera dans le sens du champ magnétique. L’aiguille de la boussole se placera dans le sens du champ magnétique, qui sera dans le sens contraire de la manipulation 6. Manipulation 10 Le nombre de spires ne sera peut-être pas suffisant pour observer des différences majeures. Par contre, le champ magnétique devrait être plus intense. La boussole devrait donc réagir plus tôt lors de l’approche. Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 16 Retour sur les observations : 1. Dans vos propres mots, qu’est-ce qu’un solénoïde? Un solénoïde est constitué d’un fil conducteur enroulé en plusieurs boucles et parcouru par un courant électrique. 2. Comment sont disposées et orientées les lignes de champ magnétique d’un solénoïde parcouru par un courant électrique? Elles sont disposées en boucles passant par le centre du solénoïde et leur orientation dépend du sens du courant électrique. 3. Comment, théoriquement, peut-on déterminer la direction du champ magnétique en sachant le sens du courant électrique? Expliquez la méthode. À l’aide d’une autre règle de la main droite : Les doigts pointent dans le sens conventionnel du courant. Le pouce indique la direction des lignes de champ magnétique à l’intérieur du solénoïde. 4. Le comportement de l’aiguille de la boussole était-il le même selon le solénoïde utilisé? Pourquoi? Oui et non. Il n’y avait pas beaucoup de différence. Cependant, la boussole réagissait plus tôt à l’approche du solénoïde, puisque le champ magnétique était plus intense lorsqu’il y avait plus de spires. 5. Comment peut-on modifier l’intensité du champ magnétique d’un solénoïde? Nommez trois moyens. Votre manuel de référence peut vous aider à compléter cette question. En augmentant le nombre de spires, en augmentant l’intensité du courant et en y insérant un noyau de nature favorable à l’augmentation du champ magnétique. 6. Expliquez l’utilisation d’un solénoïde dans les applications technologiques suivantes : un moteur électrique et une grue magnétique. Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 17 Moteur électrique : Lorsqu'ils sont parcourus par un courant électrique, le ou les* solénoïdes d'un moteur électrique génèrent un champ magnétique de polarité contraire entre le stator et le rotor. La répulsion magnétique entre les deux génère une force (un couple dans ce cas) qui fait tourner le rotor et l'arbre d'entraînement du moteur. *Note additionnelle : il existe des types de moteurs qui utilisent des solénoïdes seulement dans le rotor, d'autres seulement dans le stator et d'autres qui en utilisent dans les deux parties. Grue magnétique : Lorsqu'on fait circuler un courant électrique dans le solénoïde d'une grue, il s'y crée un champ magnétique intense. Le solénoïde se comporte alors comme un aimant très puissant, qui attire vers lui les objets magnétiques et ferromagnétiques. Cette force d'attraction permet à la grue de soulever des objets de fer ou d'acier très massifs. 7. Comment pourriez-vous améliorer ce laboratoire dirigé? Réponses variables. Afin de compléter vos notes personnelles, allez lire cette page sur le champ magnétique autour d’un solénoïde : http://bv.alloprof.qc.ca/science-et-technologie/l'universmateriel/l'electromagnetisme/le-champ-magnetique/le-champ-magnetique-autour-d'unsolenoide-(2e-regle-de-la-main-droite).aspx Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 18 4.4 L’induction électromagnétique But : découvrir l’induction électromagnétique Matériel : - Ordinateur relié à Internet Michael Faraday n’a pas eu un parcours classique. N’ayant reçu qu’une instruction sommaire, il s’engagea à 14 ans comme garçon de courses chez un libraire-papetier de Londres. C’est grâce à cet emploi qu’il se mit à lire beaucoup. Après la découverte d’un petit livre de chimie, il fit ses propres expériences pour confirmer ce qu’il avait lu. Plus tard, un client de Image 9. son patron le remarqua et l’invita à un de ses cours. De fil en aiguille, il devint son assistant et l’accompagna dans ses voyages. C’est à ce moment qu’il fit de belles rencontres, notamment celle d’André-Marie Ampère. Suite à la découverte d’Oersted en 1820, « il entreprend des recherches d’électromagnétisme et constate l’action exercée par l’aimant sur un courant électriques, complétant ainsi les théories élaborées par Ampère. Par ce moyen, il réussit à faire tourner un circuit sous l’action d’aimants permanents, donnant le principe du moteur électrique. En 1831, il effectue sa découverte la plus marquante, celle de l’induction électromagnétique, qui produit la transformation de travail mécanique en énergie électrique et va permettre la construction des dynamos.» Faraday travaillait pratiquement toujours seul et refusait toutes les charges et distinctions afin de se concentrer sur son travail de recherche. Ses travaux ont été extrêmement enrichissants pour l’avancement des connaissances scientifiques. Il mourut en août 1867 à l’âge de 75 ans. Manipulations 1. Visitez le site Web suivant et lisez l’article. http://bv.alloprof.qc.ca/science-et-technologie/l'univers-materiel/l'electromagnetisme/le-champmagnetique/l'induction-electromagnetique.aspx Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 19 2. Visitez le site Web suivant et écoutez la capsule. http://www.larousse.fr/encyclopedie/animations/Induction_%c3%a9lectromagn%c3%a9tique/1 100197 Retour sur la lecture et l’écoute 1. Qu’est-ce que l’induction électromagnétique? C’est la production d’un courant électrique par magnétisme. En d’autres mots, c’est de générer un courant électrique dans un conducteur en faisant, par exemple, varier un champ magnétique par rapport à ce conducteur. 2. Quel instrument de mesure pourriez-vous utiliser pour observer si un courant électrique est produit? Un ampèremètre. 3. Nommez deux moyens d’induire un courant électrique dans un fil. En faisant bouger un aimant, en variant l’intensité d’un champ magnétique ou en faisant bouger un conducteur à l’intérieur d’un champ magnétique. 4. Nommez au moins un usage de l’induction électromagnétique. Pour la transformation de l’énergie mécanique en énergie électrique dans une centrale électrique par exemple. Pour aller un peu plus loin : il est possible de fabriquer son propre moteur électrique avec du matériel simple. Vous avez besoin d’une pile AA, d’une vis, d’un aimant puissant et d’un fil de cuivre. Vous pourrez ainsi constater la beauté de la force de Lorentz. Image 10. Toutes les explications nécessaires sont disponibles sur ce blogue : http://sciencetonnante.wordpress.com/2011/05/23/le-moteur-homopolaire-le-moteur-electriquele-plus-simple-du-monde/ D’autres versions : http://www.youtube.com/watch?v=EkU_JmtH3PU, http://www.youtube.com/watch?v=kH52QbLxhGs Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 20 http://www.youtube.com/watch?v=xbCN3EnYfWU http://www.youtube.com/watch?v=yUToL9WAK8I Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 21 Tâche 5 : Analyse technologique d’un haut-parleur Demandez un haut-parleur usagé à votre enseignant ainsi que le matériel nécessaire à son analyse. Votre tâche consiste à expliquer le fonctionnement général de ce dernier. En bref, comment le son est-il produit? Image 11. Consignez vos observations et vos schémas dans votre cahier de laboratoire personnel. Vous en profiterez aussi pour faire un résumé des notions explorées précédemment dans les tâches de cette situation d’apprentissage. Faites corriger votre travail par votre enseignant. Correction dans le cahier de laboratoire. Vérification des observations et des schémas. Faire un résumé des notions importantes avec l’élève. Bravo, vous avez compléter les tâches d’acquisition de connaissances de cette situation! Poursuivez maintenant avec votre tâche finale qui est la fabrication d’un haut-parleur. Notez bien que votre prototype devra respecter le cahier des charges de la page suivante. Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 22 Cahier des charges de la fabrication d’un haut-parleur Milieu technique : Le haut-parleur devra être branché à un « amplificateur ». Le haut-parleur devra mesurer au maximum 20 cm x 20 cm x 20 cm. Milieu humain : Le haut-parleur devra être sécuritaire, léger et facilement manipulable. Milieu industriel : Le haut-parleur devra être fabriqué à partir du matériel et des outils fournis à l’atelier. Milieu économique : Le haut-parleur devra coûter moins de 10$. Milieu environnemental : Le haut-parleur devra être fabriqué entièrement de matériaux recyclés ou réutilisables. Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 23 Planifiez votre démarche de fabrication Plusieurs démarches possibles. CD 1 : Élaboration d’un plan d’action pertinent, adapté à la situation CD 3 : Respect de la terminologie, des règles et des conventions propres à la science et à la technologie la production de messages Création originale : Érick Sauvé,dans CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 24 Schéma de principe de votre haut-parleur Date : Titre : Signature de l’enseignant : ___________________________ CD 1 : Élaboration d’un plan d’action pertinent, adapté à la situation CD 3 : Respect de la terminologie, des règles et des conventions propres à la science Création originale Érick Sauvé, CSDL et à la: technologie dans la2010 production de messages Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 25 Schéma de construction de votre haut-parleur Date : Titre : Échelle : Signature de l’enseignant : ___________________________ CD 1 : Élaboration d’un plan d’action pertinent, adapté à la situation CD 3 : Respect de la terminologie, des règles et des conventions propres à la science Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 et à la technologie dans la production de messages Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 26 Les traces de vos essais et de vos résultats Réponses variables. Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 27 Analysez vos résultats ou vos essais. Plusieurs analyses possibles. Conclusion Élaborez une conclusion par rapport à la fabrication de votre haut-parleur et justifiez-là. Réponses variables. CD 1 : CD 3 : Élaboration de conclusion, d’explications ou de solution pertinentes Respect de la terminologie, des règles et des conventions propres à la science et à la technologie dans la production de messages Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 28 Suite à cette situation d’apprentissage, avez-vous des questions? Identifiez des situations dans lesquelles vous pourriez retrouver les savoirs que vous venez de découvrir. De plus, comment pourriez-vous, dans le futur, réduire votre consommation de matériel électronique? Plusieurs réponses possibles. Dans beaucoup d’objets électroniques. Dans les usines. Dans les centrales hydroélectriques. Dans les trains et les métros électriques, etc. La règle des 3 R : réduire, réutiliser et recycler. De plus, j’ajouterais réparer ou faire réparer! Il est souvent presque aussi coûteux de réparer que d’acheter en neuf, mais on pose un geste pour l’environnement. Et si l’on jette des rebus électroniques, l’important est d’en disposer de façon écologique, dans un centre de tri spécialisé par exemple ou dans un écocentre. Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 29 Finalement, produisez un réseau des concepts abordés dans cette situation d’apprentissage. Demandez à votre enseignant un exemple de réseau de concepts ou de carte heuristique au besoin. Pour plus de clarté et d’esthétisme, vous pouvez utiliser l’ordinateur. Liste des concepts obligatoires à inclure : Schéma électrique Symbole Fonction de commande Neutrons Attraction et répulsion Démarche de conception Haut-parleur Aimant Champ magnétique Puissance Fonction d’alimentation Charges électriques Circuit électrique Fil conducteur Induction électromagnétique Plusieurs schémas possibles. Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 Fonction de conduction Protons Électrons Circuit en série Solénoïde 30 Liste des sources des images libre de droits Image 1 : http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gluehlampe_01_KMJ.jpg Image 2 : http://en.wikipedia.org/wiki/File:Led-flashlight.jpg Image 3 : http://en.wikipedia.org/wiki/File:Krunkwerke_-_IMG_4515_(by-sa).jpg Image 4 : http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Magnet_4.jpg Image 5 : http://en.wikipedia.org/wiki/File:Hans_Christian_%C3%98rsted_som_ung.jpg Image 6 : http://en.wikipedia.org/wiki/File:Kompas_Sofia.JPG Image 7 : http://en.wikipedia.org/wiki/File:Solenoid-1.png Image 8 : http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ampere_Andre_1825.jpg Image 9 : http://en.wikipedia.org/wiki/File:Faraday-Millikan-Gale-1913.jpg Image 10 : http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Homopolar_Motor_Large.jpg Image 11 : http://en.wikipedia.org/wiki/File:3.5_Inch_Speaker.jpg Le laboratoire 3.1 est inspiré du site Internet http://physiqueludique.fr/2009/09/fabriquer-unelectroscope/ Source de la capsule historique d’Oersted : http://www.ampere.cnrs.fr/parcourspedagogique/zoom/oersted/pdf/jameau.pdf Source de la capsule historique d’Ampère: encyclopédies Universalis en ligne au http://www.universalis.fr/encyclopedie/andre-marie-ampere/2-l-inventeur/ Source de la capsule historique de Faraday : http://www.larousse.fr/encyclopedie/personnage/Faraday/119049 Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013 31 Compétence 1 : Chercher des réponses ou des solutions à des problèmes d’ordre scientifique ou technologique Indicateurs 5 L’élève identifie toutes les caractéristiques A. Représentation du problème lui permettant de : Traduire et cerner clairement le adéquate de la problème à résoudre, situation Formuler des hypothèses fondées. B. Élaboration L’élève : Planifie une démarche cohérente, d’une organisée et complète, tout en démarche anticipant les difficultés, pertinente Ajuste sa démarche au besoin en modifiant les variables du problème, 1 L’élève : Décrit certains aspects du problème lui permettant de formuler des suppositions plus ou moins pertinentes. L’élève : Retranscrit certaines données du problème sans juger de leur pertinence et ne propose pas vraiment d’hypothèse. Formuler des hypothèses fondées. L’élève : Reconnaît certaines informations du problème lui permettant de formuler une hypothèse qui tient compte de quelques contraintes du problème. L’élève : Planifie une démarche cohérente, organisée et complète, L’élève : Planifie quelques étapes de sa démarche, L’élève : Omet des étapes importantes de sa démarche OU L’élève : Omet plusieurs étapes importantes de sa démarche ET Respecte les ressources disponibles. L’élève : Consigne les éléments nécessaires à l’élaboration de ses explications et de ses solutions, Travaille de façon efficace, efficiente et sécuritaire. D. Élaboration L’élève : de conclusions Propose des explications ou des solutions complètes qui tiennent et compte de ses résultats, de sa d’explications démarche et de son hypothèse, pertinentes 2 L’élève identifie la majorité des caractéristiques du problème lui permettant de : Traduire et cerner clairement le problème à résoudre, 3 Respecte les ressources disponibles. L’élève : C. Mise en Consigne les éléments nécessaires à œuvre l’élaboration de ses explications et de adéquate de la ses solutions, démarche 4 Ajuste sa démarche au besoin, Travaille de façon efficace et sécuritaire. L’élève : Propose des explications ou des solutions appropriés qui tiennent compte de ses résultats, de sa démarche et de son hypothèse, Suggère au besoin des modifications à sa démarche en les justifiant. Suggère au besoin des modifications appropriées à sa démarche. Évaluation globale de la compétence 1 : Critère A : ___ x 2 = Critère B : ____ x 2 = /10 /10 Respecte les ressources disponibles. L’élève : Présente les éléments de sa collecte de données qui respectent la démarche planifiée, Ajuste peu sa démarche, Travaille de façon sécuritaire. Ne tient pas compte des ressources disponibles. Ne tient pas compte des ressources disponibles. L’élève : Consigne une énumération de certaines données et actions qu’il a posées, L’élève : Consigne peu ou pas de données ou d’actions posées, N’ajuste pas sa démarche, N’ajuste pas sa démarche, Travaille de façon dangereuse. Travaille de façon dangereuse. L’élève : Propose des explications ou des solutions correctes qui tiennent souvent compte de ses résultats, L’élève : Propose des explications ou des solutions sans trop de concordance avec ses résultats ou le problème, L’élève : Propose des explications ou des solutions sans concordance avec ses résultats ou le problème, Suggère au besoin des modifications à sa démarche. Critère C : ____ x 2 = /10 Discute peu ou pas de sa démarche. Critère D : ____x 2 = /10 Ne discute pas de sa démarche. Total : ______ /40 Adaptée des grilles de Philippe Savard (DGI 2011) et de Martin Boudreault (CS de Portneuf) par François Guay-Fleurent et Mylène Lapointe. Création originale : Érick Sauvé, CSDL 2010 Bonification et adaptation : François Guay-Fleurent, CSDLR, 2013