sujet 2012 - 4ème
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Nom : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prénom : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Classe : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Note ÉLECTRICITÉ : BRICOLAGE D'UN TRAIN ÉLECTRIQUE Barème Un élève passionné de modélisme ferroviaire souhaite réparer un vieux train électrique d'une ligne de métro en modèle réduit. Malheureusement, il n'y a plus le système d'alimentation du moteur du train. Cependant, il dispose de 2 piles : une de 9 V et une de 1,5 V. Il connecte le circuit avec la première pile, mais son train va beaucoup trop vite et déraille. Puis il essaie avec la seconde pile, mais le train n'avance pratiquement pas. 1- Maîtriser des connaissances En utilisant les connaissances et le langage scientifique adapté, expliquer pourquoi le train n'a pas fonctionné normalement. ............................................................................................................... ............................................................................................................... L’élève souhaite trouver une solution pour faire fonctionner correctement son train. Il se rappelle qu'il a déjà fait des montages avec un moteur et une résistance lors des activités expérimentales de sciences physiques au collège. Il s'y replonge et retrouve les circuits suivants : /1 Circuit 1 Circuit 2 2- Utiliser un instrument de mesure D'après les montages dessinés ci-dessus, donner un argument qui justifie que les multimètres fonctionnent en voltmètres. ............................................................................................................... /2 3- Coder Schématiser les deux circuits avec les instruments de mesure. /3 4- Construire un tableau Construire un tableau dans lequel figurent les valeurs des tensions mesurées aux bornes de la pile et aux bornes du moteur dans les circuits 1 et 2. /2 Épreuve commune de physique-chimie en fin de quatrième – 2011-2012 – Académie de Paris 5- Mettre en relation a) En vous aidant des résultats affichés par les instruments dans le circuit 2, expliquer pourquoi, pour faire fonctionner normalement son train, l'élève ne peut pas utiliser ce circuit avec sa pile de 9 V. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ............................................................................................................... /1 ............................................................................................................... b) Expliquer pourquoi son train pourrait fonctionner normalement avec la pile de 9 V dans le circuit 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ............................................................................................................... /1 ............................................................................................................... 6- Maîtriser des connaissances Sur le moteur on peut lire les indications suivantes 6 V / 190 mA. A quoi correspondent ces informations ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ............................................................................................................... /1 7- Utiliser un instrument de mesure a) Sur le dessin suivant, représenter les fils du circuit permettant de mesurer l'intensité du courant traversant le moteur branché en série avec la résistance et la pile. /2 b) Est-il possible d'obtenir une valeur de l'intensité du courant plus précise ? Justifier votre réponse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ............................................................................................................... ............................................................................................................... /1 Dans les questions suivantes, on va déterminer la valeur de la résistance à placer dans le circuit 1 pour que le train fonctionne normalement. 8- Utiliser une formule Soit un circuit en série comportant une pile de 9 V, une résistance et un moteur dont la tension à ses bornes est de 6 V. Calculer, après avoir donné son expression littérale, la tension UR aux bornes de la résistance en utilisant la loi d'additivité des tensions (Upile = Urésistance + Umoteur). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . /1 9- Maîtriser des connaissances Si l'intensité du courant électrique traversant le moteur dans le circuit 1 vaut 190 mA pourquoi en sera-t-il de même à travers la résistance ? ............................................................................................................... /1 10- Confronter le résultat au résultat attendu Dans le circuit 1, l'élève a utilisé une résistance de 16 Ω. En utilisant la loi d'ohm, retrouver cette valeur, sachant que la pile a une tension de 9 V et que le moteur est traversé par un courant de 190 mA avec une tension à ses bornes est de 6 V. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ............................................................................................................... /2 ............................................................................................................... 11- Savoir utiliser des connaissances dans le domaine de l'énergie a) Dans le circuit 1, une partie de l'énergie fournie par la pile est transmise au moteur pour faire fonctionner le train. Qu'en est-il de l'énergie transmise à la résistance ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . /1 ............................................................................................................... b) D'un point de vue énergétique, quel peut être l'inconvénient d'un tel montage ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . /1 ............................................................................................................... Note : Épreuve commune de physique-chimie en fin de quatrième – 2011-2012 – Académie de Paris /20
