Cahier-maître

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branché !
Guide du maître
FICHES D’OBSERVATIONS DES NOTIONS THÉORIQUES
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1
Tables des matières
Mise en situation et mandat ………………………………………………
3
Cerner ton problème ………………………………………………………
3
Consignes …………………………………………………………………..
4
Activités d’apprentissage - FICHES D’OBSERVATIONS DES NOTIONS THÉORIQUES
1 … Des objets électrisés, électrisation d’un objet ………...
2 … Des objets électrisés, le comportement des objets
électrisés ………………………………………………...
3 … Magnétisme
A. Classification des substances ……………………....
B. Comportement des aimants et des boussoles ….…...
C. La forme des champs magnétiques ………………...
4 … Électricité …………………………….............................
5 … Électromagnétisme
A. Notions théoriques ………………………………....
5à 8
9 à 13
14 - 15
16 - 17
18 - 19
20 à 22
23 à 25
(facteurs qui influencent le champ magnétique d’un électro-aimant)
B. Le noyau …………………………………………....
C. Le nombre de tours de fil …………………………..
D. L’intensité du courant dans la bobine ………….......
Matériel alternatif ……………………………………………………………
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25 à 27
28
29
30 - 31
2
Mise en situation
Comme plusieurs jeunes de ton âge, tu as déniché un
emploi étudiant. Tu travailles les soirs dans un magasin
d’électronique. À l’occasion, certains clients rapportent
leurs écouteurs défectueux et demandent de les
réparer. Aujourd’hui, ton patron te donne comme tâche
d’en réparer quelques-uns.
Tu dois donc comprendre les principes de fonctionnement d’un écouteur de
façon à être capable de trouver ce qui est défectueux.
Mandat
► Chaque équipe doit :
 Localiser plusieurs défectuosités dans des écouteurs. Énoncer
les stratégies utilisées et imaginer une façon de les réparer.
 Pour réaliser cette tâche, chacun doit :
→ Se familiariser avec les notions théoriques essentielles à
cette tâche.
→ Déterminer la fonction de chacune des composantes de
l’écouteur.
→ Comprendre le fonctionnement des écouteurs.
Cerner ton problème
Comment devras-tu t’y prendre pour localiser les défectuosités dans les
écouteurs? Ce qui doit être fait.
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Consignes
Former des équipes de 2 personnes.
FICHES D’OBSERVATIONS DES NOTIONS THÉORIQUES
1. Se rendre au poste de travail désigné par l’enseignant(e).
2. À ce poste, l’équipe aura à apprivoiser les notions théoriques à l’aide de la
section « Fiches d’observations des notions théoriques ».
3. L’équipe doit ensuite passer au poste suivant de façon à être confronté à
de nouvelles notions théoriques (chaque équipe devra passer par les 5
postes installés dans le laboratoire).
L’ÉCOUTEUR
1. Lorsque toutes les équipes ont terminé les fiches d’observations des
notions théoriques, un écouteur sera fabriqué. Il faut donc analyser cet
écouteur à l’aide de la section « Fiche d’analyse des composantes ».
2. Huit écouteurs défectueux seront ensuite présentés à chaque équipe.
L’équipe devra localiser la défectuosité de chaque écouteur et proposer
une réparation possible en remplissant le tableau « Étude des
anomalies ».
3. Votre expérience de fabricant d’écouteurs vous permettra de faire des
« recommandations pour améliorer la performance des écouteurs ».
4. Vos nouvelles connaissances vous permettront de compléter la section
« Schéma de principes et explications du fonctionnement d’un hautparleur »
5. Finalement, un travail de réflexion te sera demandé « Réflexion
individuelle et plénière ».
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FICHES D’OBSERVATIONS DES NOTIONS THÉORIQUES
1. Des objets électrisés, électrisation d’un objet (électricité statique).
Notions touchées
# Poste
Matériel
But: Découvrir comment une
substance peut s’électriser et si nous
pouvons de la mme façon électriser
toutes les substances.
1. Une cuillère (plastique).
2. Une tige de verre ou une éprouvette
(verre).
3. Un clou (acier).
4. Morceau de laine ou fourrure.
5. Morceau de soie.
6. Petits morceaux de papier.
7. Sciure de bois
1
Piste : As-tu déjà reçu une décharge électrique après t’être traîné les pieds sur un
tapis? ________________________________________________________
Propose une façon de rendre des objets électriquement chargés : __________
______________________________________________________________
Effectuez les manipulations suivantes et notez vos résultats :
1.
Disposez sur votre table une petite quantité de sciure de bois et une petite quantité de
morceaux de papier.
2.
Touchez avec doigts les deux petits tas sur votre table.
3.
Touchez la cuillère avec les doigts (sans la frotter), puis approchez-la de chacune des
substances et notez dans le tableau s’il y a attraction ou non. Répétez les mêmes
manipulations avec la tige de verre, puis le clou.
Sans frottage
Papier
Bois
attraction?
attraction?
Cuillre en
plastique
NON
NON
Tige de verre
NON
NON
Clou en acier
NON
NON
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5
4.
Frottez la cuillère, la tige de verre et le clou dans vos cheveux avant de les approcher des
deux substances. Notez dans le tableau s’il y a attraction ou non.
Frotter dans les
cheveux
5.
Papier
Bois
attraction?
attraction?
Cuillre en
plastique
OUI
OUI
Tige de verre
OUI
OUI
Clou en acier
NON
NON
Frottez la cuillère, la tige de verre et le clou avec la fourrure (ou la laine) avant de les
approcher des deux substances. Notez dans le tableau s’il y a attraction ou non.
Frotter avec la
fourrure (laine)
6.
Papier
Bois
attraction?
attraction?
Cuillre en
plastique
OUI
OUI
Tige de verre
OUI
OUI
Clou en acier
NON
NON
Frottez la cuillère, la tige de verre et le clou avec la soie avant de les approcher des deux
substances. Notez dans le tableau s’il y a attraction ou non.
Frotter avec la
soie
Papier
Bois
attraction?
attraction?
Cuillre en
plastique
OUI
OUI
Tige de verre
OUI
OUI
Clou en acier
NON
NON
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6
Mes observations sur les notions théoriques (ce qu’il faut retenir)
7.
Comment fais-tu pour électriser une substance? _en la frottant sur une autre substance___
8.
9.
Est-ce que toutes les substances peuvent être électrisées de cette façon? ____NON______
Nomme la ou les substances que tu peux électriser de cette façon. ___plastique, verre ___
_______________________________________________________________________
Nomme la ou les substances que tu n’as pu électriser. __acier______________________
10.
Notions théoriques à connaître afin de mieux comprendre ce qui se passe :
a.
Toutes les substances qui nous entourent, qu’elles soient solides, liquides ou gazeuses,
sont constituées de petites particules nommées « ATOMES ».
b.
Normalement, ces atomes sont « NEUTRES », c'est-à-dire qu’ils ne te donneront pas
de décharge électrique en les touchant.
c.
Prenons comme exemple un atome de CARBONE :
Noyau
Électron (négatif)
circulant autour du
noyau
d.
e.
Combien comptes-tu de particules positives ( ) à l’intérieur du noyau? ___6______
Combien comptes-tu de particules négatives ( ) à l’extérieur du noyau? ___6______
f.
Comment expliquer la neutralité de la matière? __même nombre de particules
positives et négatives_____________________________________________________
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g.
Lorsque tu frottes deux substances, l’une peut arracher des charges à l’autre. Selon
toi, quelles particules sont les plus faciles à arracher ? particules positives ( ) ou
particules négatives ( )? Pourquoi? _les particules négatives, car à l’extérieur __
h.
Si tu arraches une particule négative ( ) à l’atome de carbone, le nouvel atome , ainsi
formé, possèdera combien de particules positives ( )? _______6_________________
combien de particules négatives ( )? _______5_________________
Donc, l’ensemble de l’atome deviendra de charge positive et aura tendance à
redevenir neutre en arrachant une charge négative ( ) à une autre substance.
i.
Est-ce que le clou a réussi à attirer le papier ou la sciure de bois? ___NON_________
j.
Afin de comprendre ce qui se passe avec le clou, nous répondrons à quelques
questions :
o Supposons un fil électrique dans lequel passe un courant électrique, si nous
entourons ce fil avec une gaine de plastique, est-ce que tu risques de recevoir
une décharge électrique?
_______________________NON______________________________________
o Supposons un fil électrique dans lequel passe un courant électrique, si nous
entourons ce fil avec une gaine de verre, est-ce que tu risques de recevoir une
décharge électrique?
_______________________NON_____________________________________
o Supposons un fil électrique dans lequel passe un courant électrique, si nous
entourons ce fil avec une gaine d’acier, est-ce que tu risques de recevoir une
décharge électrique?
_______________________NON______________________________________
o Le plastique et le verre peuvent donc être considérés comme des isolants
électriques. L’acier, au contraire est un bon conducteur électrique. Lorsque tu
frottes le clou sur de la fourrure, les particules négatives ( ) circulent à
l’intérieur du clou, car il conduit très bien l’électricité. Que retrouves-tu à
l’autre extrémité du clou? ___mon corps_______________________________
o Donc, le chemin parcouru par les particules négatives (électrons) est le
suivant : du clou vers tes doigts, puis vers une masse encore plus grosse – la
Terre!
o En électricité, lorsqu’on installe une « mise à la terre », on permet aux
électrons de se dissiper dans une masse immense (la Terre) dans laquelle
ajouter ou enlever une petite quantité d’électrons n’a pas d’influence, car
pendant que quelqu’un en ajoute quelque part, quelqu’un d’autre en enlève
ailleurs.
k.
Propose ton explication au fait qu’il est impossible d’électriser un clou. _l’acier, étant un
bon conducteur d’électricité, permet au clou de se débarrasser des charges en trop ou d’en acquérir de
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nouvelles dans ton corps ______________________________________________________
FICHES D’OBSERVATIONS DES NOTIONS THÉORIQUES
2. Des objets électrisés, le comportement des objets électrisés
(électricité statique).
# Poste
2
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Notions touchées
But : Vérifier le comportement d’un
corps ayant une charge électrique
lorsqu’on le place en face d’un autre
corps ayant aussi une charge
électrique.
Matériel
1. Une cuillère (plastique)avec ficelle.
2. Une cuillère (plastique).
3. Une bande d’acétate de cellulose
avec ficelle.
4. Une bande d’acétate de cellulose.
5. Un support universel.
6. Une pince  support ou anneau à
support.
7. Morceau de laine ou fourrure.
8. Morceau de soie.
9
Piste :
o Lorsqu’on approche l’un de l’autre deux corps ayant une charge électrique
semblable, je suppose qu’il y aura une (attraction ou répulsion)
________________ entre eux.
o Lorsqu’on approche l’un de l’autre deux corps ayant une charge électrique
différente, je suppose qu’il y aura une (attraction ou répulsion) ______________
entre eux.
Effectuez les manipulations suivantes et notez vos résultats :
Réalisez le montage suivant :
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MANIPULATIONS « A » :
1.
Frottez la cuillère (plastique) suspendue à la ficelle avec la fourrure (ou la laine). Attention
de ne pas toucher avec tes doigts la partie frottée de la cuillère.
2.
Frottez l’autre cuillère avec la fourrure (ou laine).
3.
Approchez cette dernière cuillère de la cuillère suspendue.
4.
Approchez la partie frottée de la fourrure (laine) de la cuillère suspendue.
RÉSULTATS « A » :
attraction ou répulsion
cuillère (plastique)
Fourrure (ou laine)
cuillère (plastique) suspendue
répulsion
attraction
ANALYSE « A » :
1.
Les deux cuillères ont-elles reçu une même charge électrique en les frottant avec la fourrure
(laine)? ____OUI_____
2.
La cuillère de plastique et la fourrure (laine) reçoivent-elles la même charge électrique lors
du frottement? __NON_____
MANIPULATIONS « B » :

Répétez l’expérience “A” en utilisant, cette fois, deux bandes d’acétate de cellulose et un
morceau de soie.
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RÉSULTATS « B » :
attraction ou répulsion
Acétate de cellulose
Soie
Acétate de cellulose
suspendue
répulsion
attraction
ANALYSE « B » :
1.
Les deux bandes d’acétate de cellulose ont-elles reçu une même charge électrique en les
frottant avec la soie? ____OUI_____________
2.
La bande d’acétate de cellulose et la soie reçoivent-elles la même charge électrique lors du
frottement? ________NON________________
MANIPULATIONS « C » :
1.
2.
3.
4.
5.
Suspendre une cuillère de plastique  la pince  support.
Frotter la cuillère suspendue avec la fourrure (laine).
Frotter une bande d’acétate de cellulose avec un morceau de soie.
Approcher la bande d’acétate de cellulose frottée de la cuillère frottée.
Approcher, de la cuillère suspendue, la partie de la soie qui a été frottée.
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RÉSULTATS « C » :
attraction ou répulsion
Acétate de cellulose
Soie (coton)
Cuillère (plastique)
suspendue
attraction
répulsion
ANALYSE « C » :
1.
La bande d’acétate de cellulose, frottée avec la soie, reçoit-elle la même charge électrique
que la cuillère (plastique), frottée avec la fourrure (laine) ? Explique : ___NON, car on
observe une attraction entre eux _______________________________
_______________________________________________________________________
CONCLUSION :
1.
Sachant que le plastique frotté avec de la fourrure (ou de la laine) reçoit une charge
NÉGATIVE, quelle est la charge électrique des autres substances utilisées?
Charge
NÉGATIVE
Plastique (frotté avec la fourrure ou
la laine)
Charge
Fourrure ou laine (frottée avec le
plastique)
POSITIVE
Charge
Acétate de cellulose (frottée avec la
soie)
POSITIVE
Soie (frottée avec l’acétate
Charge
de cellulose)
2.
NÉGATIVE
N’OUBLIONS PAS QUE LES PARTICULES NÉGATIVES SONT LES SEULES À SE
DÉPLACER. Expliquez comment une substance peut devenir chargée négativement __En
s’emparant de charges négatives d’une autre substances ____________________
Le plastique et la fourrure (laine)
non frottés
Plastique neutre
5+
5−
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Fourrure neutre
5+
5−
frottés
Plastique négatif
5+
7−
Fourrure positive
5+
3−
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3.
Expliquez comment une substance peut devenir chargée positivement __En donnant des
charges négatives à une autre substance ______________________________________
L’acétate de cellulose et la soie
non frottés
Acétate neutre
5+
5−
Soie neutre
5+
5−
frottés
Acétate
5+
3−
Soie
5+
7−
4.
Quel phénomène observe-t-on lorsque deux corps de même charge se font face?
____________ répulsion __________________________________________________
5.
Quel phénomène observe-t-on lorsque deux corps de charges contraires se font face?
____________ attraction __________________________________________________
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FICHES D’OBSERVATIONS DES NOTIONS THÉORIQUES
3A. Le magnétisme, classification des substances.
# Poste
Notions touchées
But : Classer diverses substances en
fonction du magnétisme.
3A
Matériel
1) Un aimant utilisé comme outil
d’expérimentation.
2) Substances à tester :
a. Fer.
b. Plastique.
c. Bois.
d. Verre.
e. Acier.
f. Aluminium.
g. Cuivre.
h. Caoutchouc.
i. Pièce de 5 sous (Nickel).
j. Aimant.
Piste :
o Est-ce que toutes les substances peuvent être attirées par un aimant? __________
o Les substances peuvent être classées en trois catégories selon la réaction face à un
aimant :
→ Les substances NON MAGNÉTIQUES ne sont ni attirées, ni repoussées par
un aimant.
→ Les substances FERROMAGNÉTIQUES sont toujours attirées par un aimant.
→ Les substances MAGNÉTIQUES sont attirées par un pôle de l’aimant et
repoussées par l’autre pôle.
Écrivez les manipulations que vous devez effectuer pour classer les substances
qui te sont proposées selon leurs propriétés magnétiques :
_____1. Approcher les deux pôles de mon aimant de chaque substance à tester._
_____2. Noter les résultats dans le tableau des résultats _________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
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Complétez le tableau ci-dessous :
Substances à
tester
a. Fer
Hypothèse
Je suppose que…
Résultats
Attraction ou
répulsion?
PÔLE
PÔLE
NORD
SUD
Analyse
Non magnétique ou
Ferromagnétique ou
Magnétique?
Attraction
Attraction
Ferromagnétique
b. Plastique
-----
-----
Non magnétique
c. Bois
-----
-----
Non magnétique
d. Verre
-----
-----
Non magnétique
e. Acier
Attraction
Attraction
Ferromagnétique
f. Aluminium
-----
-----
Non magnétique
g. Cuivre
-----
-----
Non magnétique
h. Caoutchouc
-----
-----
Non magnétique
Attraction
Attraction
Ferromagnétique
Attraction
Répulsion
i. Pièce de 5 sous
(Nickel).
j. Aimant
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ou --------- ------------Répulsion Attraction
Magnétique
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3B. Le magnétisme, comportement des aimants et des boussoles.
# Poste
Notions touchées
But : Apprendre les lois d’attraction
et de répulsion des aimants et
boussoles.
Matériel
1.
2.
3.
4.
5.
Support universel.
Anneau à support.
Support à aimant.
Deux aimants droits.
Boussole.
3B
Hypothèse : je suppose que …
o lorsque deux pôles NORD se fond face, le phénomène observé sera ___________.
o lorsque deux pôles SUD se fond face, le phénomène observé sera _____________.
o lorsqu’un pôle NORD et un pôle SUD se fond face, le phénomène observé sera
___________.
o Quel type de comportement aura l’aiguille d’une boussole en comparaison des
aimants? __________________________________________________________.
☼ ATTENTION : NE PAS ACCOLER LA BOUSSOLE SUR LES AIMANTS.
Manipulations :
1. Préparer un montage tel que montré
sur la photo ci-dessus.
2. Approcher doucement le pôle NORD
d’un aimant du pôle NORD de l’aimant
suspendu.
3. Approcher doucement le pôle SUD
d’un aimant du pôle SUD de l’aimant
suspendu.
4. Approcher doucement le pôle NORD
d’un aimant du pôle SUD de l’aimant
suspendu.
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Résultats :
Ce phénomène se nomme…
répulsion
Ce phénomène se nomme…
répulsion
Ce phénomène se nomme…
attraction
17
5. Approcher doucement l’aiguille
Ce phénomène se nomme…
NORD de la boussole du pôle NORD de répulsion
l’aimant suspendu.
6. Approcher doucement l’aiguille
Ce phénomène se nomme…
NORD de la boussole du pôle SUD de
attraction
l’aimant suspendu.
Conclusion :
1. Peut-on considérer l’aiguille de la boussole comme un aimant? _____OUI______
2. À quel moment observe-t-on un phénomène de répulsion? ___lorsque deux pôles
semblables se font face ______________________________________________
3. À quel moment observe-t-on un phénomène d’attraction? ___ lorsque deux pôles
différents se font face _______________________________________________
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18
3C. Le magnétisme, la forme des champs magnétiques.
Notions touchées
#
Poste
But : Observer la forme des champs
magnétiques.
Matériel
1.
2.
3.
4.
5.
Limaille de fer.
Deux aimants droits.
Aimant en U.
Carton.
Feuille de papier.
3C
Piste :
o As-tu déjà remarqué que lorsque tu approches un objet ferromagnétique d’un
aimant, celui-ci réagit avant qu’il ne touche l’aimant?
o Cet espace autour de l’aimant qui est influencé par l’aimant se nomme « champ
magnétique ».
o Prépare le montage présenté sous la liste du matériel.
o Saupoudre de la limaille de fer sur le carton *** ATTENTION : ne pas mettre de
limaille de fer directement sur l’aimant.
o Dessine quelques lignes de force pour montrer la forme du champ magnétique :
Aimant droit
Aimant en U
N
N
S
S
2 aimants droits, pôles semblables
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2 aimants droits, pôles différents
19
1. Si tu es perdu en forêt et que tu possèdes une boussole, peux-tu affirmer que
l’aiguille NORD de la boussole pointera toujours dans la même direction? _OUI_
2. Si l’aiguille NORD de ta boussole pointe dans une direction, ça veut dire que dans
cette direction il y a un pôle _____SUD_____.
3. On peut donc affirmer que la Terre agit comme un énorme aimant et oriente les
aiguilles de toutes les boussoles dans une même direction.
4. Donc, ce que les géographes appellent le PÔLE NORD de la Terre, est en fait un
PÔLE ____SUD____ scientifique. Pas évident de savoir où vit le Père Noël !!!
5. Complète le dessin ci-dessous :
La terre = un gros aimant.
S
N
N
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20
FICHES D’OBSERVATIONS DES NOTIONS THÉORIQUES
4. Électricité.
Notions touchées
# Poste
But : Différencier les isolants
des conducteurs.
Matériel
1.
2.
3.
4.
Piste : Quelles substances
permettent le passage du courant
électrique?
4
Source de courant ou pile.
Ampoule.
Trois fils.
Neuf échantillons (voir ci-dessous)
a. Fer.
b. Plastique.
c. Bois.
d. Verre.
e. Acier.
f. Aluminium.
g. Cuivre.
h. Caoutchouc.
i. Pièce de 5 sous (Nickel).
Effectuez les manipulations suivantes et notez vos résultats :
1. Branchez un fil à l’électrode positive de la source de courant ou de la pile.
2. Branchez l’autre extrémité de ce fil à une ampoule.
3. Branchez un deuxième fil à l’ampoule.
4. Branchez un troisième fil à l’électrode négative de la source de courant ou de la pile.
5. Fixez la source de courant à 5 volts.
6. Touchez chaque échantillon avec le fil venant de l’électrode négative et avec le fil
connecté à l’ampoule.
7. Notez vos résultats dans le tableau des résultats.
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Schéma du circuit électrique :
Source de
courant
+
Échantillon
-
TABLEAU DES RÉSULTATS :
Échantillon
Résultats
Analyse
L’ampoule…
L’échantillon…
…brille
a. Fer
…ne brille
pas
X
…est un
conducteur
…est un
isolant
X
b. Plastique
X
X
c. Bois
X
X
d. Verre
X
X
e. Acier
X
X
f. Aluminium
X
X
g. Cuivre
X
X
X
h. Caoutchouc
i. Nickel
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X
X
X
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Notions théoriques :
1. Qu’est-ce que le courant électrique? Le courant, qui est exprimé en ampère,
n’est rien d’autre que des électrons qui circulent dans un circuit électrique
(voir : poste 1, page 7).
2.
3. Le courant électrique circule à travers différentes composantes.
I = intensité du courant
<---
+ Source de
- courant (a)
I = 0,5A
A Ampèremètre (e)
<---
Interrupteur (d)
<--- Ampoule (c)
<--- Sens du courant (b)
( du + vers le - )
a. La source de courant fournit l’énergie pour faire circuler les électrons.
b. Le sens conventionnel du courant continue = du + vers le -.
c. L’énergie est consommée par diverses composantes (ex. ampoule, élément
chauffant, moteur, etc.).
d. L’interrupteur permet de contrôler l’ouverture ou la fermeture du circuit
électrique.
e. L’ampèremètre est un des appareils de mesure dans un circuit électrique. Il
compte le nombre d’électrons qui circulent et exprime cette mesure en
ampères. Donc, plus le nombre d’ampères est élevé, plus il y a du courant
dans le circuit.
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23
FICHES D’OBSERVATIONS DES NOTIONS THÉORIQUES
5. Électromagnétisme.
Notions théoriques :
A. Le passage d’un courant électrique dans un fil engendre un champ magnétique. Une
démonstration te permettra de répondre aux questions qui suivent.
−
+
B.
Le champ magnétique autour d’un fil droit a une forme concentrique (comme la
forme des vagues formées lorsqu’on lance un caillou dans l’eau.
Le sens de rotation du champ magnétique est
donné par l’aiguille NORD d’une boussole
placée près du fil.
N
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N
24
C.
Sachant qu’un champ magnétique se développe autour d’un fil droit parcouru par un
courant électrique, voyons maintenant comment fabriquer des aimants artificiels
(électroaimant).
→ Lorsqu’un courant électrique circule dans un fil conducteur qui a été enroulé
sous forme de bobine (solénoïde), nous observons les mêmes propriétés que
celles d’un aimant droit. Cet enroulement de fil parcouru par un courant
électrique se nomme « électroaimant ».
# Poste
Notions touchées
Matériel
But: Comparer les propriétés des
électroaimants et des aimants droits.
5A
1. Source de courant (3V).
2. Bobine de 100 tours.
3. Noyau de fer doux.
4. Deux fils conducteurs.
5. Aimant droit.
6. Boussole.
Piste : Est-ce qu’une boussole placée à proximité d’un électroaimant réagira de
la même façon que lorsqu’elle est placée près d’un aimant droit?.
Que se passera-t-il avec le champ magnétique si nous inversons la polarité des fils
électriques?
Effectuez les manipulations suivantes et notez vos résultats :
1.
Préparez votre montage comme présenté ci-dessous :
Photo #1
Photo #2
Photo #3
Branchez le fil rouge à la
borne positive (+) de la source
de courant et l’autre extrémité
à une des pattes de la bobine
de 100 tours.
Ajustez la source de courant
sur 3.0V (3 volts).
Insérez le noyau de fer doux
(en forme de vis) à l’intérieur
de la bobine.
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*IMPORTANT : la source de
courant ne doit pas être
allumée longtemps
(seulement quelques
secondes, au moment de
l’expérimentation).
Déposer l’aimant comme cidessus.
Placer la boussole près de
l’électroaimant.
25
2.
Approchez la boussole du pôle NORD de l’aimant. Quelle aiguille de la boussole est attirée
par le pôle NORD de l’aimant ? ___SUD_______________________________________
3.
Approchez la boussole du pôle SUD de l’aimant. Quelle aiguille de la boussole est attirée
par le pôle SUD de l’aimant ? _____NORD_____________________________________
4.
Allumez la source de courant à 3V et approchez la boussole d’une extrémité de
l’électroaimant (comme montré à la photo #1). Quelle aiguille de la boussole est attirée par
cette extrémité de l’électroaimant? _______________________. Quel est le pôle de cette
extrémité de l’électroaimant? __________________ . Éteindre la source de courant.
5.
Inversez les fils de connexion. Allumez la source de courant à 3 V. Quelle aiguille de la
boussole est maintenant attirée par l’électroaimant? __inverse du no 4 _______________.
6.
Que se passe-t-il avec les pôles d’un électroaimant lorsqu’on inverse le sens du courant?
___les pôles sont inversés __________________________________________________ .
(facteurs qui influencent le
champ magnétique d’un
électro-aimant)
Préparez le montage suivant :
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# Poste
Notions touchées
But: Découvrir l’influence d’un
noyau sur le champ magnétique d’un
électro-aimant.
5B
NOYAU
Matériel
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Source de courant
Ampremtre
Support et plaque d’acrylique
Crochet et rondelles calibrées
Bobine de 100 tours
Noyau de cuivre
Noyau de plastique
Noyau de bois
9. Noyau d’aluminium
10. Noyau de fer doux
Piste : Est-ce l’insertion d’un noyau à l’intérieur d’un électroaimant a une influence
sur la force magnétique?
Est-ce la nature du noyau influence la force de l’électroaimant?
Effectuez les manipulations suivantes et notez vos résultats :
1.
Préparer le montage tel que montré ci-dessus.
2.
Sélectionnez 3V sur la source de courant.
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27
3.
Fixez la bobine de 100 tours sous la plaque d’acrylique.
4.
Allumez la source de courant et l’ampèremètre.
5.
À l’aide du rhéostat, ajustez le courant pour que
l’ampèremètre indique 1,00 ampère.
6.
Suspendez le crochet sous la bobine et notez si (oui ou
non) la force magnétique est suffisante pour retenir le crochet.
7.
Éteignez la source de courant.
8.
Insérez le noyau de bois au centre de la bobine (glisser le
noyau en passant par le dessus de la plaque d’acrylique.
9.
Répétez les manipulations 4 à 7.
10.
Répétez les mêmes manipulations avec le noyau de
cuivre, de plastique et d’aluminium.
11.
Finalement, enlevez la bobine de 100 tours, fixez par le
dessous (en vissant) le noyau de fer doux, replacez la bobine en vous assurant que le noyau
dépasse de la bobine d’environ 2 mm. Puis répétez les manipulations 4 à 7.
Tableau de résultats :
Est-ce que la force d’attraction est suffisante pour supporter le crochet?
Sans noyau
OUI
NON
Noyau de bois
OUI
NON
Noyau de cuivre
OUI
NON
Noyau de plastique
OUI
NON
Noyau d’aluminium
OUI
NON
Noyau de fer doux
OUI
NON
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Notions touchées
# Poste
But: Découvrir l’influence du
nombre de tours de fil sur la force
magnétique d’un électro-aimant.
5C
NOMBRE
DE TOURS
Matériel
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Source de courant
Ampremtre
Support et plaque d’acrylique
Crochet et rondelles calibrées
Bobine de 100 tours
Bobine de 200 tours
Bobine de 300 tours
Noyau de fer doux
Piste : Est-ce que vous croyez qu’une bobine plus grosse a une plus grande force
d’attraction qu’une bobine plus petite?
DE FIL
Effectuez les manipulations suivantes et notez vos
résultats :
1.
Avec le même montage que vous avez utilisé pour l’expérience 5B,
s’assurer que la source de courant est fixée à 3V.
2.
Fixez la bobine de 100 tours sous la plaque d’acrylique avec le
noyau de fer doux.
3.
À l’aide du rhéostat, ajustez l’intensité du courant à 1,00 ampère.
4.
Suspendre le crochet sous la bobine et notez , dans le tableau des résultats, la masse de
rondelles calibrées qui est retenue par l’électroaimant.
5.
Refaire l’expérience avec la bobine de 200 tours, et ensuite avec la bobine de 300 tours.
Tableau de résultats :
Nombre de tours
Masse retenue (g)
100 tours
+
200 tours
++
300 tours
+++
Analyse des résultats :
Expliquez comment le nombre de tours de fil influence la force de l’électroaimant. __________
_Plus il y de tours de fils => plus grand nombre d’électrons => plus de force magnétique _____
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# Poste
5D
L’INTESITÉ
DU
COURANT
Notions touchées
Matériel
But: Découvrir l’influence de
l’intensité du courant sur la force
magnétique d’un électro-aimant.
1. Source de courant
2. Ampremtre
3. Support et plaque d’acrylique
4. Crochet et rondelles calibrées
5. Bobine de 100 tours
6. Noyau de fer doux
Piste : Est-ce que la quantité du courant circulant dans un électroaimant modifiera
la force magnétique de celui-ci?
Effectuez les manipulations suivantes et notez vos résultats :
1.
Avec le même montage que vous avez utilisé pour l’expérience 5B,
s’assurer que la source de courant est fixée à 3V.
2.
Fixez la bobine de 100 tours sous la plaque d’acrylique avec le noyau de
fer doux.
3.
À l’aide du rhéostat, ajustez l’intensité du courant à 1,00 ampère.
4.
Suspendre le crochet sous la bobine et notez , dans le tableau des résultats, la masse de
rondelles calibrées qui est retenue par l’électroaimant (vous pouvez aussi reporter le résultat
obtenu à l’expérience 5C ).
5.
Refaire l’expérience en ajustant, avec le rhéostat, l’intensité du courant à 1,25A, ensuite à
1,50A et finalement à 1,75A.
Tableau de résultats :
Intensité du courant
Masse retenue (g)
1,00A
+
1,25A
++
1,50A
+++
1,75A
++++
Analyse des résultats :
Expliquez comment l’intensité du courant influence la force de l’électroaimant. _Plus l’intensité
du courant est élevé => plus grand nombre d’électrons en circulation => plus de force magnétique_
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Si le matériel présenté ci-dessus n’est pas disponible dans votre école,
voici d’autres suggestions à fabriquer vous-même.
Poste 5A
Poste 5B
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Poste 5C
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32