2 AC
4
L’induction électromagnétique
Leçon 2
Tâche 3
Utiliser un graphique pour déterminer les caractéristiques d’une tension alternative sinusoïdale.
Énergie & Électricité
Thème 3
Niveau
Niveau
Physique chimie
Période
Pages réservées à l’enseignant(e)
Modelage de la tâche par l’enseignant (explicitation à haute voix)
Consignes et explications données aux élèves – hors modelage (à dire à haute voix)
Rappel du contrat de classe
Icônes pour l’enseignant
Correction du devoir maison
Les élèves travaillent en autonomie
Les élèves travaillent en binômes
Les élèves écoutent l’enseignant avec attention
Les élèves lèvent la main pour participer
Les élèves utilisent l’ardoise pour répondre
Les élèvent gardent des traces écrites sur les livrets ou leurs cahiers
Icônes pour l’élève
Les élèves passent au tableau
Matériel nécessaire
Matériel de l’élève
Matériel de l’enseignant
Oscilloscope
Fils électriques
Générateur GBF
Repérage dans le chapitre
Conceptions erronées
des élèves
Tâche à réussir
Stratégie
Orientations didactiques
08 min
12 min
12 min
03 min
Structure de la séance
1
Ouverture de la séance
2
Modelage
3
Pratique collective
4
Pratique en binôme
5
Pratique autonome
6
Clôture
10 min
Ouverture de la séance
Bonjour! Prêts pour démarrer notre séance? Allons-y!
O
O
Le rituel
(2 min)
O
Qui peut me rappeler la signification de ces icônes?
Demander à 3 élèves au hasard
O
Très bien.
Je participe activement.
Je lève la main pour participer
Je prête attention quand l’enseignant parle
Je prête attention quand d’autres camarades répondent à l’enseignant
O
O
Réactivation des prérequis
(6 min)
0
Avant d’entamer l’étude de la tâche de la séance, on commence par rappeler les notions essentielles déjà étudiées et nécessaires à la poursuite de l’apprentissage. Choisissez l’affirmation correcte.
La tension électrique est une grandeur qui se mesure avec :
une lampe.
B
un ampèremètre.
A
un voltmètre
C
O
La réponse correcte est B : une tension électrique se mesure avec un voltmètre.
L’enseignant·e demande aux élèves d’expliciter leur raisonnement.
La tension électrique est une grandeur qui se mesure avec :
une lampe.
B
un ampèremètre.
A
un voltmètre
C
0
On passe à la notion de tension alternative, abordée dans la tâche précédente. Choisissez l’affirmation correcte.
Les élèves répondent sur leurs ardoises. L’enseignant·e reformule ou utilise l’alternance linguistique pour assurer la compréhension si nécessaire.
Une tension électrique est dite alternative lorsque :
elle change de valeur et de signe.
B
elle garde toujours la même valeur.
A
elle est toujours positive.
C
0
La réponse correcte est B : une tension électrique alternative est une tension variable qui prend successivement des valeurs positives et négatives ; autrement dit, elle change à la fois de valeur et de signe.
L’enseignant·e demande aux élèves d’expliciter leur raisonnement.
Une tension électrique est dite alternative lorsque :
elle change de valeur et de signe.
B
elle garde toujours la même valeur.
A
elle est toujours positive.
C
0
Choisissez l’affirmation correcte.
Les élèves répondent sur leurs ardoises. L’enseignant·e reformule ou utilise l’alternance linguistique pour assurer la compréhension.
On connecte les bornes de la pile à celles de l’oscilloscope, puis on répète la même opération avec la bobine d’un alternateur en fonctionnement.
Indiquer 1 ou 2 devant la tension visualisée sur l’oscilloscope.
Tension électrique alternative
Tension électrique continue
①
②
0
La réponse correcte est 2 et 1. En effet, la pile constitue un générateur de courant électrique continu ; la tension entre ses bornes est donc une tension continue. En revanche, la tension délivrée par un alternateur est une tension alternative, car elle varie en prenant successivement des valeurs positives et négatives.
L’enseignant·e demande aux élèves d’expliciter leur réponse.
①
②
On connecte les bornes de la pile à celles de l’oscilloscope, puis on répète la même opération avec la bobine d’un alternateur en fonctionnement.
Indiquer 1 ou 2 devant la tension visualisée sur l’oscilloscope.
Tension électrique alternative
Tension électrique continue
2
1
0
Choisir l’affirmation correcte.
Les élèves répondent sur leurs ardoises. L’enseignant·e reformule ou utilise l’alternance linguistique pour assurer la compréhension (si nécessaire).
Sur un graphique, de tension en fonction du temps, affiché sur un oscilloscope, l’axe horizontal (en rouge) représente :
la température.
C
la tension.
A
le temps.
B
0
La réponse correcte est B.
L’enseignant·e demande aux élèves d’expliciter leur raisonnement.
la température.
C
la tension.
A
le temps.
B
Sur un graphique, de tension en fonction du temps, affiché sur un oscilloscope, l’axe horizontal (en rouge) représente :
0
Choisissez l’affirmation correcte.
Les élèves répondent sur leurs ardoises. L’enseignant·e reformule ou utilise l’alternance linguistique pour assurer la compréhension (si nécessaire).
La tension électrique visible sur l’écran de l’oscilloscope est :
nulle.
C
continue.
A
alternative.
B
0
La réponse correcte est A car la tension continue garde la même valeur non nulle au cours du temps.
L’enseignant·e demande aux élèves d’expliquer leur raisonnement et peut préciser que l’oscilloscope est réglé à zéro avant cette visualisation.
La tension électrique visible sur l’écran de l’oscilloscope est :
nulle.
C
continue.
A
alternative.
B
0
O
Déclaration de l’objectif
(2 min)
O
Avant d’aborder notre tâche d’aujourd’hui, je vous présente la situation suivante:
L’enseignant·e présente l’image ci-dessous et autres images illustratives du phénomène.
On connecte les bornes d’un générateur aux entrées d’un oscilloscope. On observe alors une tension alternative, de forme sinusoïdale.
Quelles sont les caractéristiques d’une tension alternative sinusoïdale ?
O
À la fin de cette séance, vous serez capable de déterminer, à partir d’un graphique (oscillogramme), les caractéristiques d’une tension alternative sinusoïdale.
Bien expliquer la tâche en revenant à la situation déclenchante.
Utiliser un graphique (oscillogramme) pour déterminer les caractéristiques d’une tension alternative sinusoïdale.
O
O
Introduction
à la tâche
Avant de réponde à cette question, on va connaître ce qui est une tension alternative sinusoïdale.
L’enseignant(e) peut apporter des explications complémentaires et répondre aux questions des élèves. Il/Elle peut également préciser qu’il existe plusieurs formes de tensions, telles que les tensions carrées, triangulaires ou d’autres formes plus complexes.
Temps (t)
Tension (U)
0
.
Une tension alternative sinusoïdale a l’allure suivante:
Alternance
positive
Alternance
négative
M
Une tension alternative sinusoïdale comporte deux alternances, l’une positive et l’autre négative, qui se répètent au cours du temps. L’ensemble d’une alternance positive et d’une alternance négative successives correspond à une durée caractéristique appelée période.
L’enseignant(e) peut apporter des explications complémentaires et répondre aux interrogations des élèves. Il (elle) doit préciser chaque alternance sur l’oscillogramme.
.
La période: la durée de deux alternances successives: (positive + négative)
+
+
+
-
-
M
La tension alternative sinusoïdale possède les caractéristiques suivantes :
L’enseignant(e) peut approfondir les explications et répondre aux questions des élèves. Il/Elle doit préciser que la période correspond au temps nécessaire mis par une alternance positive et une alternance négative.
.
Une tension alternative sinusoïdale est caractérisée par:
M
Nous allons maintenant voir comment déterminer la fréquence à partir de l’oscillogramme d’une tension alternative sinusoïdale.
L’enseignant(e) peut compléter les explications et répondre aux questions des élèves, en insistant sur l’unité de la fréquence et en présentant des exemples de calcul simples variés et enrichissants.
.
La fréquence (f): le nombre de période par seconde, son unité est le Hertz (Hz).
f =
Temps (t)
Tension (U)
0
t
n = 2,5
Période
Période
Demi-
période
n
t
n: nombre de périodes
t: le temps en (s)
M
La caractéristique suivante est la tension maximale. On va voir comment déterminer la tension maximale en se basant sur l’oscillogramme de la tension alternative sinusoïdale.
L’enseignant(e) peut apporter des explications complémentaires et répondre aux interrogations des élèves. Il (elle) doit préciser que la tension maximale sur l’oscillogramme.
.
La valeur maximale (Umax) est la plus grande valeur atteinte par la tension.
Umax
M
Examinons la mesure de la tension du courant domestique à l’aide d’un voltmètre, dont l’oscillogramme révèle que la valeur maximale atteint sensiblement 320 V.
L’enseignant(e) apporte des explications complémentaires et répond aux interrogations des élèves. Il (elle) attire l’attention sur les deux valeurs de tension alternative sinusoïdale.
.
Tension efficace aux bornes
d’une prise de courant
M
Attention ! La tension mesurée directement par le voltmètre correspond à la tension efficace d’une tension alternative sinusoïdale, dont la valeur maximale est de 320 V. On peut retenir que:
L’enseignant(e) apporte des explications complémentaires et répond aux interrogations des élèves.
.
La tension efficace (Ue) est la tension mesurée à l’aide du voltmètre lorsqu’on le branche en mode (AC) aux bornes d’une source de tension alternative.
M
Pour une tension alternative sinusoïdale la relation entre la valeur maximale et la valeur efficace est la suivante :
L’enseignant·e peut apporter des précisions et répondre aux questions des élèves. Il/elle précise que la tension maximale se détermine graphiquement à partir de l’oscillogramme, puis permet d’en déduire la valeur efficace. Inversement, on peut mesurer la valeur efficace avec un voltmètre et utiliser la relation pour calculer la valeur maximale.
.
Écran de l’oscilloscope
La tension maximale
M
Voici la signification physique des valeurs de tension alternative sinusoïdale maximale et efficace.
L’enseignant.e peut fournir des explications supplémentaires et répondre aux questions des élèves.
.
Les deux tensions:
produisent des effets équivalents.
M
Modelage
M
Tâche principale
Voici notre tâche principale. Je vais vous montrer comment déterminer les caractéristiques; à savoir la fréquence, la valeur maximale et la valeur efficace, d’une tension alternative sinusoïdale en utilisant un graphique (oscillogramme).
L’enseignant.e lit la consigne en précisant les données. Il explique ce qui est demandé. Il (elle) doit utiliser le matériel nécessaire.
M
Je dispose d’un graphique (oscillogramme), ainsi que l’échelle du temps et de l’échelle des tensions.
On me demande de déterminer les caractéristiques (fréquence, tension maximale et tension efficace) d’une tension alternative sinusoïdale.
Tâche principale
Le graphique ci-dessous illustre une tension alternative sinusoïdale visualisée à l’aide d’un
oscilloscope.
Déterminer les caractéristiques de cette tension.
Pour réaliser la tâche, je suis les étapes suivantes :
L’enseignant.e réalise l’expérience en orientant les élèves et explique ce qui est demandé.
Je détermine graphiquement la fréquence de la tension électrique.
1
Je détermine graphiquement la valeur maximale de la tension électrique.
2
J’en déduis la valeur efficace de la tension électrique.
3
M
La première étape consiste à déterminer graphiquement la fréquence de la tension alternative sinusoïdale : je compte le nombre de périodes sur l’oscillogramme, je détermine le temps correspondant, puis je calcule le rapport entre les deux.
L’enseignant·e lit la consigne en précisant les données et explique ce qui est attendu. Il/elle indique que le nombre de périodes peut être décimal (avec une virgule).
M
.......................................................................................................
n = 2
t = 0,04 s
Le graphique ci-dessous illustre une tension alternative sinusoïdale visualisée à l’aide d’un oscilloscope.
Déterminer les caractéristiques de cette tension.
Période = la durée de deux alternances (positive + négative)
+
-
1
1
1. Déterminer graphiquement la fréquence de la tension électrique.
La deuxième étape consiste à déterminer graphiquement la valeur maximale de la tension alternative sinusoïdale.
L’enseignant.e lit la consigne en précisant les données. Il explique ce qui est demandé.
M
2. Déterminer graphiquement la valeur maximale de la tension électrique.
Le graphique ci-dessous illustre une tension alternative sinusoïdale visualisée à l’aide d’un oscilloscope.
Déterminer les caractéristiques de cette tension.
Umax = 6 V
la projection de la crête
Umax : Valeur maximale
00
6
0
Crête
Enfin, dans la troisième étape, j’en déduis la valeur efficace de la tension alternative sinusoïdale.
L’enseignant.e lit la consigne en précisant les données. Il explique ce qui est demandé.
M
3. En déduire la valeur efficace de la tension électrique.
Le graphique ci-dessous illustre une tension alternative sinusoïdale visualisée à l’aide d’un oscilloscope.
Déterminer les caractéristiques de cette tension.
La valeur efficace de la tension est:
..................................................................
Umax = 6 V
En bilan, pour déterminer, à partir d’un graphique (oscillogramme), les caractéristiques d’une tension alternative sinusoïdale, on suit les étapes suivantes :
M
08 min
Pratique collective
Fermez vos livrets, prenez vos ardoises et écrivez-y votre réponse. Choisissez la proposition correcte.
L'enseignant.e choisit au hasard deux élèves pour répondre oralement .
Une tension alternative sinusoïdale est :
une tension électrique continue.
A
une tension variable dans le temps.
B
une tension électrique positive.
C
PC
La proposition correcte est B.
L'enseignant.e choisit au hasard deux élèves pour répondre oralement .
Une tension alternative sinusoïdale est :
une tension électrique continue.
A
une tension variable dans le temps.
B
une tension électrique positive.
C
PC
Passons à une autre question. Choisissez la proposition correcte.
L'enseignant.e choisit au hasard deux élèves pour répondre oralement .
La tension visualisée sur l’oscilloscope est sinusoïdale.
Vrai
A
Faux
B
PC
La réponse correcte est B : cette tension est de forme triangulaire (différente de la forme sinusoïdale).
L'enseignant.e choisit au hasard deux élèves pour répondre oralement .
La tension visualisée sur l’oscilloscope est sinusoïdale.
Vrai
A
Faux
B
PC
Choisissez la réponse correcte.
L'enseignant.e choisit au hasard deux élèves pour répondre oralement .
La période de cette tension alternative sinusoïdale est :
10 ms
5 ms
15 ms
PC
La réponse correcte est 10 ms : la période est le temps correspondant à deux alternances, une une positive et une négative.
L'enseignant.e choisit au hasard deux élèves pour répondre oralement. Il/elle les incite à justifier leurs réponses.
La période de cette tension alternative sinusoïdale est :
10 ms
5 ms
15 ms
PC
Choisissez la réponse correcte.
L'enseignant.e choisit au hasard deux élèves pour répondre oralement.
La relation entre la période d’une tension alternative sinusoïdale et sa fréquence est :
PC
La réponse correcte est f = n/t.
L'enseignant.e choisit au hasard deux élèves pour répondre oralement.
La relation entre la période d’une tension alternative sinusoïdale et sa fréquence est :
PC
Choisissez la réponse correcte.
L'enseignant.e choisit au hasard deux élèves pour répondre oralement.
Le nombre de périodes de cette tension alternative sinusoïdale est :
n = 3
n = 2,5
PC
La réponse correcte est 𝑛 = 2,5.
L'enseignant.e choisit au hasard deux élèves pour répondre oralement en les incitant à justifier leurs réponses et les exprimer oralement.
Le nombre de périodes de cette tension alternative sinusoïdale est :
n = 3
n = 2,5
PC
Choisissez la réponse correcte.
L'enseignant.e choisit au hasard deux élèves pour répondre oralement .
La période d’une tension alternative sinusoïdale est 20 ms.
Sa fréquence correspondante est :
20 Hz
5 Hz
50 Hz
PC
La bonne réponse est 50 Hz.
L'enseignant.e choisit au hasard deux élèves pour répondre oralement en les incitant à justifier leurs réponses et les exprimer oralement.
La période d’une tension alternative sinusoïdale est 20 ms.
Sa fréquence correspondante est :
20 Hz
5 Hz
50 Hz
PC
Choisissez la proposition correcte.
L'enseignant.e choisit au hasard deux élèves pour répondre oralement.
La tension maximale de cette tension alternative sinusoïdale est :
1,41 V
2 V
3 V
1V
PC
La bonne réponse est 2 V.
L'enseignant.e choisit au hasard deux élèves pour répondre oralement en les incitant à justifier leurs réponses et les exprimer oralement.
La tension maximale de cette tension alternative sinusoïdale est :
1,41 V
2 V
3 V
1V
PC
Choisissez la proposition correcte.
L'enseignant.e choisit au hasard deux élèves pour répondre oralement.
La tension efficace Ue d’une tension alternative sinusoïdale, de valeur maximale Umax, peut être déterminée à l’aide de la relation suivante :
Ue = Umax x 1,41
A
B
C
PC
La réponse correcte est A.
L'enseignant.e choisit au hasard deux élèves pour répondre oralement en les incitant à justifier leurs réponses et les exprimer oralement.
La tension efficace Ue d’une tension alternative sinusoïdale, de valeur maximale Umax, peut être déterminée à l’aide de la relation suivante :
Ue = Umax x 1,41
A
B
C
PC
Choisissez la proposition correcte.
L'enseignant.e choisit au hasard deux élèves pour répondre oralement .
La tension efficace d’une tension alternative peut être mesurée à l’aide d’un voltmètre.
Faux
Vrai
A
B
PC
La réponse correcte est A : pour une tension électrique alternative sinusoïdale, le voltmètre indique la valeur efficace de la tension.
L'enseignant.e choisit au hasard deux élèves pour répondre oralement en les incitant à justifier leurs réponses et les exprimer oralement.
La tension efficace d’une tension alternative peut être mesurée à l’aide d’un voltmètre.
Faux
Vrai
A
B
PC
Choisissez la proposition correcte.
L'enseignant.e choisit au hasard deux élèves pour répondre oralement .
La tension efficace Ue de la tension alternative sinusoïdale à domicile, est 227 V. Sa valeur maximale est :
227 V
161 V
320 V
A
B
C
PC
La réponse correcte est C parce que 227V x 1,41 = 320 V.
L'enseignant.e choisit au hasard deux élèves pour répondre oralement en les incitant à justifier leurs réponses et les exprimer oralement.
La tension efficace Ue de la tension alternative sinusoïdale à domicile, est 227 V. Sa valeur maximale est :
227 V
161 V
320 V
A
B
C
PC
12 min
Pratique en binôme
Maintenant, on va passer aux tâches à réaliser sur le livret. On commence par la tâche page 26 « Je m’entraine en binôme ». Travaillez individuellement, puis discutez de vos réponses en binômes.
L’enseignant·e accorde suffisamment de temps au travail individuel avant la discussion en binôme. Il (Elle) circule pour contrôler et donner des indications en cas de blocage.
Le graphique ci-dessous présente une tension alternative sinusoïdale observée à l’oscilloscope.
Déterminer les caractéristiques de cette tension.
1
- Le nombre de périodes est : .....................................
- La durée est: ..............................................
- La fréquence de la tension :................................................
1. Déterminer graphiquement la fréquence de la tension électrique.
2.Déterminer graphiquement la valeur maximale de la tension électrique.
3.En déduire la valeur efficace de la tension électrique.
La valeur maximale de la tension :
.................................
La valeur efficace de la tension est :
.................................................................................
=
Umax
Ue
1,41
PB
On corrige la première question.
L’enseignant·e désigne un représentant d’un binôme en l’incitant à justifier la réponse.
- Le nombre de périodes est : .....................................
- La durée est: ..............................................
- La fréquence de la tension :................................................
n = 5
Le graphique ci-dessous présente une tension alternative sinusoïdale observée à l’oscilloscope.
Déterminer les caractéristiques de cette tension.
1
1. Déterminer graphiquement la fréquence de la tension électrique.
2.Déterminer graphiquement la valeur maximale de la tension électrique.
3.En déduire la valeur efficace de la tension électrique.
La valeur maximale de la tension :
.................................
La valeur efficace de la tension est :
.................................................................................
=
Umax
Ue
1,41
t = 0,25 s
PB
Maintenant, on passe à la deuxième question.
L’enseignant·e désigne un représentant d’un binôme en l’incitant à justifier la réponse.
Le graphique ci-dessous présente une tension alternative sinusoïdale observée à l’oscilloscope.
Déterminer les caractéristiques de cette tension.
1
- Le nombre de périodes est : .....................................
- La durée est: ..............................................
- La fréquence de la tension :................................................
1. Déterminer graphiquement la fréquence de la tension électrique.
2.Déterminer graphiquement la valeur maximale de la tension électrique.
3.En déduire la valeur efficace de la tension électrique.
La valeur maximale de la tension :
.................................
La valeur efficace de la tension est :
.................................................................................
=
Umax
Ue
1,41
Umax = 4 V
n = 5
t = 0,25 s
PB
On aborde la réponse à la dernière question.
L’enseignant·e désigne un représentant d’un binôme en l’incitant à justifier la réponse.
Le graphique ci-dessous présente une tension alternative sinusoïdale observée à l’oscilloscope.
Déterminer les caractéristiques de cette tension.
1
- Le nombre de périodes est : .....................................
- La durée est: ..............................................
- La fréquence de la tension :................................................
1. Déterminer graphiquement la fréquence de la tension électrique.
2.Déterminer graphiquement la valeur maximale de la tension électrique.
3.En déduire la valeur efficace de la tension électrique.
La valeur maximale de la tension :
.................................
La valeur efficace de la tension est :
.................................................................................
=
Umax
Ue
1,41
Umax = 4 V
n = 5
t = 0,25 s
PB
12 min
Pratique autonome
Maintenant c’est le moment de travailler tout seul. Prenez vos livrets page 32 et répondez individuellement aux questions de l’exercice 2.
L’enseignant·e circule dans la classe pour repérer les élèves en difficulté.
Déterminer les caractéristiques de cette tension.
2
- Le nombre de vibrations est : .........................
- La durée est: ...............................
- La fréquence de la tension :................................................
1. Déterminer graphiquement la fréquence de la tension électrique.
2.Déterminer graphiquement la valeur maximale de la tension électrique.
3.En déduire la valeur efficace de la tension électrique.
La valeur maximale de la tension : …………..............
La valeur efficace de la tension est : ..............................
.............................................................................................................
Le schéma ci-dessous montre une tension sinusoïdale en régime alternatif telle qu’elle apparaît sur l’oscilloscope.
PA
Le temps est terminé. Corrigeons ensemble l’exercice.
L’enseignant·e fait participer les élèves à la correction en leur demandant de présenter leurs réponses et de les justifier.
Temps Écoulé
PA
A vous! Montrez-moi comment vous avez résolu cet exercice…
L’enseignant·e circule dans la classe pour repérer les élèves en difficulté.
- Le nombre de vibrations est : .........................
- La durée est: ...............................
- La fréquence de la tension :................................................
PA
2,5
Déterminer les caractéristiques de cette tension.
2
1. Déterminer graphiquement la fréquence de la tension électrique.
2.Déterminer graphiquement la valeur maximale de la tension électrique.
3.En déduire la valeur efficace de la tension électrique.
La valeur maximale de la tension : …………..............
La valeur efficace de la tension est : ..............................
.............................................................................................................
Le schéma ci-dessous montre une tension sinusoïdale en régime alternatif telle qu’elle apparaît sur l’oscilloscope.
0,20 s
12,50 V
PA
05 min
Clôture de la séance
Qui peut me dire ce que nous avons appris aujourd’hui? �
C
Effectivement, nous avons donc appris à déterminer, à partir d’un graphique (oscillogramme), les caractéristiques d’une tension alternative sinusoïdale.
L’enseignant.e donne un rappel de la séance.
Utiliser un graphique (oscillogramme) pour déterminer les caractéristiques d’une tension alternative sinusoïdale.
C
Qui peut me rappeler les étapes à suivre pour résoudre la tâche? �Pour déterminer, à partir de un graphique (oscillogramme), les caractéristiques d’une tension alternative sinusoïdale, je suis les étapes suivantes:
L’enseignant.e sollicite la participation des élèves afin de rappeler les étapes permettant de déterminer les caractéristiques d’une tension alternative sinusoïdale.
0
On termine par la carte lexicale de la séance. Retenez-le!
Utiliser un graphique (oscillogramme) pour déterminer les caractéristiques d’une tension alternative sinusoïdale.
Ma tâche
Verbes de consigne
Structure pour répondre
MA CARTE LEXICALE
Termes thématiques
C
Bravo à tous ! Révisez dans le livret ce qu’on a vu aujourd'hui et faire l’exercice suivant:
L’enseignant.e incite les élèves à faire l’exercice à la maison et clore la séance.
Exercice 3 de la page 34
C
A la prochaine séance!