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CAHIER DES LABORATOIRES

SCIENCE ET TECHNOLOGIE

2E ANNÉE DU 2E CYCLE(SECONDAIRE 4)

ST-STEUNIVERS MATÉRIEL

2015-2016

Chapitre 5

Nom: Gr.:

École secondaire Armand-Corbeil« Une école multiprogramme»

PREMIÈRE APPROCHE EN ÉLECTRICITÉBUT DU LABORATOIRE

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

MATÉRIEL

1 source de courant 2 lumières 1 résistor 1 interrupteur 12 fils électriques

SYMBOLE

Source de courant

Lumière

Résistor

Interrupteur

Fil électrique

PROGRAMMES : ST, STE,TYPE DE LABO : Expérimentation

CONCEPT :MANUEL : Chapitre 5

Laboratoires scientifiques

LABO 1

2

Un circuit est formé d’un interrupteur, d’une lumière et d’un résistor. Représentez le circuit sous forme de dessin et de schéma.

Dessin Schéma

Parmi les schémas précédents, lequel est dessiné correctement? Expliquer, pour chacun des 3 autres schémas, pourquoi ils ne sont pas conformes.

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

3

MANIPULATIONS

** Toujours fixer la différence de potentiel à 6V **

SITUATION 1 : Une ampoule seule (sans faire de circuit)

Dessin de l’ampoule (Identifier chaque partie) Rôle de chacune des parties

*Représenter par une ligne rouge le chemin suivi par l’électricité.

SITUATION 2 : Un interrupteur (sans faire de circuit)

Dessin de l’interrupteur (Identifier chaque partie) Rôle de chacune des parties

*Représenter par une ligne rouge le chemin suivi par l’électricité.

4

SITUATION 3 : Faire un circuit avec une seule lumière.

Dessin Schéma Observation

Que se passe-t-il lorsqu’on fait varier la différence de potentiel de 0V à 6V? (Ne pas dépasser 6V!)___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

SITUATION 4 : Faire un circuit avec un résistor et un interrupteur. Laisser allumer pendant 30 secondes.


Quel est le rôle de l’interrupteur ?___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

Que se passe-t-il lorsqu’on laisse circuler le courant pendant 30 secondes?___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

5

SITUATION 5 : Faire un circuit avec deux lumières, sans interrupteur; trouver les deux possibilités.

Dessin du circuit A Schéma du circuit A Observation

Dessin du circuit B Schéma du circuit B Observation

Y a-t-il une différence de luminosité des ampoules entre les deux circuits précédents?___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

Lequel des deux circuits est en série? ____________________________________________________

Lequel des deux circuits est en parallèle? _________________________________________________

SITUATION 6 : Faire un circuit avec un interrupteur et deux lumières, en série.


Que se passe-t-il lorsqu’on dévisse une ampoule?___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________SITUATION 7 : Faire un circuit avec un interrupteur et deux lumières, en parallèle.

6


Que se passe-t-il lorsqu’on dévisse une ampoule?___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

SITUATION 8 : Faire un circuit avec un interrupteur, un résistor et une lumière en série.


SITUATION 9 : Faire un circuit avec un interrupteur, un résistor et une lumière en parallèle.


Y a-t-il une différence de luminosité entre les deux circuits précédents?___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________BILAN

1. À quoi sert un bloc d’alimentation? _______________________________________________________________________________

7

_______________________________________________________________________________

2. Quelle différence y a-t-il entre une pile de 6 volts et un bloc d’alimentation?_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

3. Dans quel cas le courant passe-t-il?

4. Dessine le schéma du circuit suivant :

Une source de courant avec un interrupteur et une lumière en parallèle avec un résistor.

8

A B

5. Indique pour chacun des circuits suivants s’ils sont en série ou en parallèle.

9

6. Pour chacun des appareils suivants, faites le schéma simplifié du circuit.

Une lampe de poche

Un D.C.E

Une lampe

Un grille-pain

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DEUXIÈME APPROCHE EN ÉLECTRICITÉ (COURANT ET VOLTAGE)BUT DU LABORATOIRE

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

MATÉRIEL

1 source de courant 2 lumières 2 résistors 1 interrupteur 12 fils électriques 1 voltmètre 1 ampèremètre

LE VOLTMÈTRE: Le voltmètre mesure le voltage (U) ou différence de potentiel en volts (V) aux bornes d’une partie du circuit.

- Il se branche en parallèle- On ne débranche pas le circuit- Le “+” avec le “+”, le rouge avec le rouge

Dans le circuit ci-dessus:- V1 mesure la différence de potentiel (U) aux bornes de la ____________________- V2 mesure la différence de potentiel (U) aux bornes de la ____________________- V3 mesure la différence de potentiel (U) aux bornes du ____________________- V4 mesure la différence de potentiel (U) aux bornes de ____________ et ____________- V5 mesure ____________________

11




LABO 2

V

V3

V5

V2V1

V4

L’AMPÈREMÈTRE: L’ampèremètre mesure l’intensité du courant (I) qui circule dans le circuit. Cette mesure se fait en ampères (A).

- Il se branche en série- On doit ouvrir le circuit pour le brancher- Le “+” avec le “+”, le rouge avec le rouge

Dans le circuit ci-dessus:

- A1 mesure le courant fourni par la ____________- A2 mesure le courant qui passe dans la _____________- A3 mesure __________ parce qu’il _______________- A4 mesure le courant qui passe dans le _______________

N’oubliez pas!

La différence de potentiel U en volts V

L’intensité du courant I en ampères A

La relation entre U et I est la suivante:

U = R x I

R est la résistance du circuit. Son unité de mesure est le ohm (Ω).

A

12

A3

A1

A4

A2

MANIPULATIONS

Situation 1: Faire le montage suivant et prendre les mesures demandées.

Montage Mesure à prendre Résultats

V1

V2

V3

A1

A2

Situation 2: Faire le montage suivant et prendre les mesures demandées.


V1

V2

V3

A1

A2

Aux bornes d’un fil, le voltage vaut toujours: __________________________

13

A2A1

V3

V1V2

A2A1

V3

V1V2

Situation 3: Faire un circuit avec un interrupteur et deux lumières en série.Dessiner les schémas du montage.Prendre les mesures de différences de potentiel à la source (V1) et pour chacune des lumières (V2 et V3).Prendre les mesures d’intensité du courant à l’interrupteur (A1) et à chacune des lumières (A2 et A3).


V1

V2

V3

A1

A2

A3

Situation 4: Faire un circuit avec un interrupteur et deux lumières en parallèle.Dessiner les schémas du montage.Prendre les mesures de différences de potentiel à la source (V1) et pour chacune des lumières (V2 et V3).Prendre les mesures d’intensité du courant à l’interrupteur (A1) et à chacune des lumières (A2 et A3).


V1

V2

V3

A1

A2

A3

14

Situation 5: Faire un circuit avec un interrupteur et deux résistors en série.Dessiner les schémas du montage.Prendre les mesures de différences de potentiel à la source (V1) et pour chacun des résistors (V2 et V3).Prendre les mesures d’intensité du courant à l’interrupteur (A1) et à chacun des résistors (A2 et A3).


V1

V2

V3

A1

A2

A3

Situation 6: Faire un circuit avec un interrupteur et deux résistors en parallèle.Dessiner les schémas du montage.Prendre les mesures de différences de potentiel à la source (V1) et pour chacun des résistors (V2 et V3).Prendre les mesures d’intensité du courant à l’interrupteur (A1) et à chacun des résistors (A2 et A3).


V1

V2

V3

A1

A2

A3

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BILAN

1. Qu’est-ce que l’intensité du courant?

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

2. Expliquez comment l’ampèremètre permet de mesurer l’intensité du courant.

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

3. Qu’est-ce que la différence de potentiel?

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

4. Expliquez comment le voltmètre permet de mesurer la différence de potentiel.

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

5. Associez le bon mot avec la bonne définition. (Certains mots peuvent être utilisés plus d’une fois)

Volt U V Ampère I A Voltmètre Ampèremètre

Définitions:

a. Je suis l’appareil qui mesure la différence de potentiel → _____________b. Pour m’utiliser, on doit me brancher en série → _____________c. Je suis l’unité de l’intensité du courant → _____________d. Je suis le symbole de l’unité de différence de potentiel → _____________e. Pour m’utiliser, on ne débranche rien dans le circuit → _____________f. Je suis l’unité de la différence de potentiel → _____________g. Je suis le symbole de la différence de potentiel → _____________h. Pour m’utiliser, on doit débrancher le circuit → _____________i. Je suis le symbole de l’intensité du courant électrique → _____________j. Pour m’utiliser, on me branche en parallèle → _____________k. Je suis l’appareil qui mesure l’intensité du courant → _____________l. Je suis le symbole de l’unité de l’intensité du courant électrique → _____________

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6. Quelles sont les causes possibles d’erreurs dans ce laboratoire?

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

7. Comment pourriez-vous améliorer le protocole de ce laboratoire?

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

8. Complétez le tableau suivant à l’aide de la formule suivante U = R x I

Différence de potentiel(U en volts)

Intensité du courant(I en ampères)

Résistance(R en ohm)

1 6 2

2 6 12

3 0,5 10

4 0,5 0,5

5 20 100

6 8 15

7 40 2

8 6 0,6

9 5 200

10 18 0,1

11 2 20

12 0,2 20

13 9 2

14 1,5 15

15 250 100

16 135000 675

17 0,001 2

18 2 5

19 20 2

20 30 3

17

CONDUCTEUR OU ISOLANTBUT DU LABORATOIRE

Classer les substances en conducteurs ou isolants.

Définitions

Conducteur : ________________________________________________________________________

Isolant : ____________________________________________________________________________

MATÉRIEL

1 source de courant 1 lumière 3 fils électriques Plusieurs matériaux différents

MANIPULATIONS

1. Faire le circuit suivant (c’est un D.C.E.).2. Toucher avec les pinces chacun des matériaux à tester.3. Noter s’ils conduisent ou non.

18




LABO 3

Titre du tableau : ____________________________________________________________________

Conduit Ne conduit pas

Bois

Plastique

Fer

Cuivre

Carton

Air

Caoutchouc

Verre

Carbone

Porcelaine

Eau (bécher)

Papier

Nickel (10 cents)

BILAN

1. Certaines substances laissent ____________ le courant électrique. Ce sont des ______________. D’autres substances ne _______________ _______ passer le courant électrique, ce sont des ________________. Les _____________ sont tous de ____________ conducteurs.

2. Encerclez les conducteurs

bois fer argent caoutchouc plastique cuivre cartonnickel métal nichrome vinyle mercure nylon papierair or verre porcelaine eau acétate/carbone

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À LA RECHERCHE DES INFLUENCESBUT DU LABORATOIRE___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

MATÉRIEL

1 source de courant 1 lumière 3 fils électriques 1 planche sur laquelle sont fixés :

o 1 mètre de fil de CUIVRE #18 (1,0 mm)o 1 mètre de fil de NICHROME #18 (1,0 mm)o 1 mètre de fil de NICHROME #20 (0,6 mm)o 1 mètre de fil de NICHROME #26 (0,3 mm)

HYPOTHÈSE

Facteurs Hypothèses (PLUS ou MOINS)

Le CUIVRE conduit _____________ que le NICHROME.

Plus un fil est long, ____________ il conduit.

Plus un fil est gros, ____________ il conduit.

Plus un fil est chaud, ___________ il conduit.

MANIPULATIONS

Faire les montages en vous basant sur le schéma suivant :

20




LABO 4

CUIVRE #18

NICHROME #18

NICHROME #22

NICHROME #26

Situation 1 : Influence de la longueur du fil

Utiliser le fil de NICHROME #26. Évaluer la luminosité de l’ampoule en faisant passer le courant dans différentes longueurs de

fil.

Titre du tableau : ____________________________________________________________________

Longueur Luminosité (aucune, faible, moyenne, forte)

0 – 25 cm

0 – 50 cm

0 – 75 cm

0 – 100 cm

Situation 2 : Influence du diamètre du fil

Utiliser les 3 fils de NICHROME (même nature) qui ont des diamètres différents. Évaluer la luminosité de l’ampoule en faisant passer le courant sur une longueur de 100 cm.

Titre du tableau : ____________________________________________________________________

Diamètre du fil Luminosité (aucune, faible, moyenne, forte)

NICHROME #18 (1,0 mm)



Situation 3 : Influence de la nature ou de la composition du fil

Utiliser les fils de CUIVRE et de NICHROME de même longueur (100 cm) et de même diamètre (#18)

Titre du tableau : ____________________________________________________________________

Nature du fil Luminosité (aucune, faible, moyenne, forte)

CUIVRE #18

NICHROME #18

21

Situation 4 : Influence de la température (DÉMO)

Titre du tableau : ____________________________________________________________________

Température du fil Luminosité (aucune, faible, moyenne, forte)

Fil chauffé

Fil refroidi

CONCLUSION

Tirez les conclusions qui s’imposent concernant les 4 facteurs étudiés. (Référez-vous à votre tableau d’hypothèses)

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

BILAN

1. Pour les 4 facteurs, vos hypothèses étaient-elle exactes? Expliquez.

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

2. Si on double le diamètre d’un fil, sa conductibilité est quatre fois plus grande. Expliquez pourquoi.

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

3. Si on double la longueur d’un fil, qu’arrive-t-il à sa conductibilité?

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

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4. Pourquoi les gros transformateurs ont-ils un système de refroidissement?

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

5. Quelle est la définition de « conductibilité »?

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________


_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________


_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

23

OUCH!! ÇA CHAUFFE!BUT DU LABORATOIRE

Prendre les mesures nécessaires pour trouver de 4 façons différentes la résistance (R) d’un résistor.

PRINCIPE

L’intensité du courant I qui circule dans un circuit sous une différence de potentiel U le fait avec difficulté car les composantes du circuit s’opposent plus ou moins à son passage : c’est la résistance R. Elle se mesure en OHM et son symbole est : _______.

C’est à cause de cette résistance qu’une lumière __________ et qu’un résistor _____________.

Unité Symbole Formule

Résistance R = U / I

Il y a 4 façons de connaître la résistance d’une composante d’un circuit :

- Graphiquement

- À l’aide d’un ohmmètre

- En se référant au code de couleurs

- En utilisant la formule U = R x I

MATÉRIEL

1 source de courant 1 résistor 12 fils électriques 1 voltmètre 1 ampèremètre 1 multimètre

24




LABO 5

MANIPULATIONS

1 ere façon : Graphiquement

1. Faire le montage suivant

2. Placer les appareils pour mesurer U en volts et I en ampères pour le résistor.3. Faire varier U de 0 à 6 volts et, à chaque fois, mesurer I.4. Tracer le graphique de U en fonction de I.

U (V) I (A)

0

1

2

3

4

5

6

I (A)

U (V)

Titre du graphique : __________________________________________

__________________________________________

0

1

2

3

4

5

6

CALCULER LA PENTE DU GRAPHIQUE :

Pente = U2 - U1 = R Donc R du résistor = __________________I2 - I1

2 e façon À l’aide du ohmmètre

1. Défaire le montage précédent et garder seulement le résistor.2. Utiliser le multimètre pour mesurer directement la résistance du résistor (en mode

ohmmètre, 200Ω)

R du résistor = _____________________

25

3 e façon En se référant au code de couleurs

1. Trouver la valeur de la résistance en utilisant le tableau des codes de couleurs des résistors.

R du résistor = _____________________

4 e façon En utilisant la formule U = R x I

1. Choisir un couple de valeurs; une valeur U et une valeur I (mesuré à la 1ère façon)2. Calculer la valeur de la résistance grâce à la formule :

U = R x I

R du résistor = _____________________

RÉSULTATS

Titre du tableau : __________________________________________________________________

R du résistor

Graphiquement

Ohmmètre

Code de couleurs

U = R x I

26

BILAN

1. Quelle méthode vous parait la plus précise? Expliquez.

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

2. Comparez les valeurs expérimentales aux valeurs correspondant au code de couleurs du résistor utilisé. Se situent-elles à l’intérieur des limites de précision (tolérances) indiquées sur le résistor?

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________


_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________


_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

5. Quel sera le courant passant dans une résistance de 125Ω si la tension mesurée est de 5V?

0.04A _______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

6. Si un courant de 3,5A traverse une résistance de 450Ω, quelle sera la tension mesurée aux bornes de la résistance?

1575 V_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

7. Quelle sera la résistance d’une ampoule électrique traversée par un courant de 350 mA et d’une tension de 9V?

25.7 Ω _______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

27

RÉSISTANCES ÉQUIVALENTESBUT DU LABORATOIRE

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

MATÉRIEL

1 source de courant 2 résistors 12 fils électriques 1 voltmètre 1 ampèremètre 1 multimètre

MANIPULATIONS

1 ière façon : Mesure des résistances avec le ohmmètre

1. À l’aide du multimètre (en mode ohmmètre, 200Ω), mesurer la valeur des deux résistors lorsqu’ils sont seuls, en série et en parallèle.

Titre du tableau : ____________________________________________________________________

Résistors Valeur calculée avec le ohmmètre

R1 seul

R2 seul

R1 et R2 en série

R1 et R2 en parallèle

2 e façon : Mesure des résistances à partir de la pente d’un graphique

1. Réaliser le montage ci-dessous avec R1 seul.2. Faire varier la différence de potentiel (U) de 0 à 10 volts et mesurer l’intensité du courant (I).3. Refaire les étapes 1 et 2 pour le résistor R2 seul, pour R1 et R2 en série et R1 et R2 en parallèle.

28




LABO 6

Schéma du circuit de R1 seul Schéma du circuit de R2 seul

Schéma du circuit de R1 et R2 en série Schéma du circuit de R1 et R2 en parallèle

RÉSULTATS

Titre du tableau : ____________________________________________________________________

R1 seul R2 seul R1 et R2 en série R1 et R2 en parallèle

U (V) I (A) U (V) I (A) U (V) I (A) U (V) I (A)

0 0 0 0

1 1 1 1

2 2 2 2

3 3 3 3

4 4 4 4

5 5 5 5

6 6 6 6

7 7 7 7

8 8 8 8

9 9 9 9

10 10 10 10

GRAPHIQUE

29

30

Titre du graphique : ________________________________________________________________

CALCULS

Pour trouver la valeur des résistances à partir du graphique, il faut calculer la pente du graphique U=f(x)

Pente = U2 - U1

I2 - I1

a) Pente pour R1

b) Pente pour R2

c) Pente pour R1 et R2 en série

d) Pente pour R1 et R2 en parallèle

REGROUPEMENT DES RÉSULTATS

Titre du tableau : _______________________________________________________________

31

Résistors Valeur calculée avec le ohmmètre

Valeur calculée avec la penteR = U / I

R1 seul

R2 seul

R1 et R2 en série

R1 et R2 en parallèle

BILAN

1. En observant le tableau précédent, que remarques-tu de spécial?

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

2. Pour le circuit en série, la relation suivante, Re = R1 + R2, est-elle vraie? Justifie ta réponse.

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

3. Cette relation est-elle valable pour les résistors en parallèle? Justifie ta réponse.

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________


_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________


_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

32

LES LOIS DE KIRCHHOFFBUT DU LABORATOIRE

Découvrir expérimentalement les lois qui régissent la répartition de l’intensité du courant I et des différences de potentiel U dans des circuits en série et en parallèle.

MATÉRIEL

1 source de courant 3 résistors différents 12 fils électriques 1 voltmètre 1 multimètre

SCHÉMAS

CIRCUIT EN SÉRIE

Sans les appareils Avec les appareils

CIRCUIT EN PARALLÈLE

Sans les appareils Avec les appareils

33

PROGRAMMES : STE,TYPE DE LABO : Expérimentation



LABO 7

MANIPULATIONS

1. Réaliser le montage du circuit en série.2. Prendre les mesures des I et des U.3. Réaliser le montage du circuit en parallèle.4. Prendre les mesures des I et des U.

RÉSULTATS

Titre du tableau : ___________________________________________________________________

Point du circuit

Intensité du courant (en A)

Circuit en série Circuit en parallèle

A1

A2

A3

A4

Titre du tableau : ___________________________________________________________________

Point du circuit

Différence de potentiel (en V)

Circuit en série Circuit en parallèle

V1

V2

V3

V4

BILAN

1. Dans un circuit en série, l’intensité du courant est le ____________ partout tandis que les différences de potentiel se _____________.

2. Dans un circuit en parallèle, _____________________________________________________

____________________________________________________________________________

34

3. Donne les « Lois de Kirchhoff » pour :

a) Le circuit en série _______________________________________________________

_______________________________________________________

b) Le circuit en parallèle _______________________________________________________

_______________________________________________________

4. Dans chacun des circuits, qu’elle mesure représente l’intensité totale?

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

5. Dans chacun des circuits, qu’elle mesure représente la différence de potentiel totale?

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________


____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________


____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

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Documents

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