Physique-chimie · 4ème · L'Électricité : Lois des Circuits · 2e Trimestre

La loi d'Ohm

Les élèves découvrent la relation entre la tension, l'intensité et la résistance dans un circuit électrique.

• Programmes Officiels
• MEN: Cycle 4 - Loi d'Ohm
• MEN: Cycle 4 - Résistance électrique

À propos de ce thème

La loi d'Ohm établit la relation fondamentale U = R × I entre la tension aux bornes d'un conducteur ohmique, sa résistance et l'intensité du courant qui le traverse. Les élèves de 4ème découvrent cette loi par l'expérimentation, en traçant la caractéristique tension-intensité d'une résistance et en constatant la proportionnalité.

Le programme de l'Éducation nationale place la loi d'Ohm comme aboutissement des chapitres sur les circuits, liant les grandeurs étudiées précédemment (tension, intensité) à une propriété du matériau (la résistance). Les élèves apprennent à utiliser cette loi pour calculer une grandeur inconnue et comprennent que la résistance freine le passage du courant.

La démarche expérimentale active, où les élèves collectent leurs propres données et tracent le graphique, est bien plus efficace que la simple présentation de la formule. Elle développe simultanément les compétences graphiques et le raisonnement scientifique.

Questions clés

1. Expliquez la relation entre la tension, l'intensité et la résistance.
2. Calculez la résistance d'un dipôle à partir de mesures de tension et d'intensité.
3. Analysez l'impact de la résistance sur le fonctionnement d'un circuit.

Objectifs d'apprentissage

• Calculer la valeur de la résistance d'un dipôle ohmique à partir de mesures de tension et d'intensité.
• Expliquer la relation de proportionnalité entre la tension et l'intensité pour un conducteur ohmique donné.
• Identifier la résistance comme une propriété intrinsèque d'un composant électrique qui limite le passage du courant.
• Analyser la caractéristique tension-intensité d'un conducteur ohmique pour en déduire sa résistance.

Avant de commencer

Tension et Intensité dans un circuit simple

Pourquoi : Les élèves doivent déjà maîtriser la définition et la mesure de la tension et de l'intensité pour pouvoir établir leur relation avec la résistance.

Représentation graphique des données

Pourquoi : La construction et l'interprétation de la caractéristique tension-intensité nécessitent des compétences de base en lecture et création de graphiques.

Vocabulaire clé

Tension (U)	Différence de potentiel électrique entre deux points d'un circuit, mesurée en Volts (V). Elle représente la 'force' qui pousse les électrons.
Intensité (I)	Quantité de charge électrique circulant par unité de temps dans un circuit, mesurée en Ampères (A). Elle représente le 'débit' des électrons.
Résistance (R)	Opposition d'un matériau au passage du courant électrique, mesurée en Ohms (Ω). Elle est propre à chaque composant.
Conducteur ohmique	Dipôle dont la résistance est constante, quelle que soit la tension appliquée. Sa caractéristique tension-intensité est une droite passant par l'origine.

Attention à ces idées reçues

Idée reçue courante

La résistance « consomme » du courant.

Ce qu'il faut enseigner à la place

La résistance ne consomme pas le courant (les charges traversent intégralement). Elle convertit l'énergie électrique en chaleur, ce qui se manifeste par une chute de tension à ses bornes. La mesure de l'intensité avant et après la résistance, identique dans les deux cas, démontre que le courant n'est pas « perdu ».

Idée reçue courante

La loi d'Ohm s'applique à tous les dipôles.

Ce qu'il faut enseigner à la place

La loi d'Ohm ne s'applique qu'aux conducteurs ohmiques (résistances). Une lampe à incandescence ne suit pas cette loi car sa résistance varie avec la température. Le tracé de la caractéristique d'une lampe (courbe, pas droite) permet aux élèves de voir cette différence par eux-mêmes.

Idée reçue courante

Plus la résistance est grande, plus le courant est fort.

Ce qu'il faut enseigner à la place

C'est l'inverse : à tension constante, une résistance plus grande diminue l'intensité (I = U/R). L'analogie du tuyau étroit (forte résistance = faible débit) et la vérification expérimentale avec deux résistances différentes corrigent cette confusion.

Idées d'apprentissage actif

Investigation collaborative : Tracer la caractéristique d'une résistance

Chaque groupe dispose d'une résistance, d'un générateur réglable, d'un voltmètre et d'un ampèremètre. Ils mesurent la tension et l'intensité pour 5-6 valeurs différentes, tracent le graphique U = f(I) et constatent la droite passant par l'origine. La pente donne la résistance.

35 min·Petits groupes

Penser-Partager-Présenter: U = R × I dans tous les sens

L'enseignant donne des problèmes où il faut tantôt calculer U, tantôt I, tantôt R. Chaque élève résout individuellement, compare avec son voisin, puis les deux justifient leur méthode. L'objectif est la maîtrise des trois formes de la formule.

15 min·Binômes

Défi pratique : Identifier une résistance inconnue

Chaque binôme reçoit une résistance sans marquage. Par des mesures de tension et d'intensité, ils calculent sa valeur avec la loi d'Ohm. Les résultats sont comparés entre groupes ayant la même résistance pour évaluer la précision des mesures.

25 min·Binômes

Analogie hydraulique : Comprendre la résistance

Les élèves construisent un modèle avec des tuyaux de diamètres différents et de l'eau. Le tuyau étroit (forte résistance) réduit le débit (intensité) pour la même pression (tension). Cette analogie physique est discutée en classe pour identifier ses limites.

20 min·Classe entière

Liens avec le monde réel

• Les ingénieurs électriciens utilisent la loi d'Ohm pour dimensionner les composants de circuits électroniques, comme dans la conception de chargeurs de téléphone ou de systèmes d'éclairage LED, afin d'assurer leur bon fonctionnement et leur sécurité.
• Les techniciens de maintenance dans les usines s'appuient sur la loi d'Ohm pour diagnostiquer des pannes sur des machines industrielles. Ils mesurent la tension et l'intensité pour calculer la résistance de composants suspects, comme des résistances chauffantes ou des bobinages de moteurs.

Idées d'évaluation

Billet de sortie

Sur une fiche, demandez aux élèves de calculer la résistance d'une ampoule sachant qu'aux bornes de celle-ci, la tension est de 6V et l'intensité du courant est de 0.5A. Posez ensuite la question : 'Que se passerait-il si la résistance de l'ampoule était beaucoup plus grande ?'

Vérification rapide

Présentez aux élèves un graphique de caractéristique tension-intensité d'un conducteur ohmique. Demandez-leur de déterminer la valeur de la résistance en choisissant deux points sur la droite et en effectuant le calcul. Demandez-leur ensuite de comparer cette résistance avec celle d'un autre conducteur ohmique dont la droite serait moins pentue.

Question de discussion

Lancez une discussion en demandant : 'Comment la loi d'Ohm explique-t-elle pourquoi un appareil électrique peut chauffer lorsqu'il fonctionne ?' Encouragez les élèves à utiliser les termes tension, intensité et résistance dans leurs réponses.

Questions fréquentes

Comment expliquer la loi d'Ohm simplement en 4ème ?

La loi d'Ohm dit que la tension aux bornes d'une résistance est proportionnelle à l'intensité qui la traverse : U = R × I. La résistance R (en ohms) est le coefficient de proportionnalité. Plus R est grand, plus il faut de tension pour faire passer le même courant. Le graphique U = f(I) est une droite dont la pente est R.

Comment calculer la résistance avec la loi d'Ohm ?

On mesure la tension U aux bornes du dipôle et l'intensité I qui le traverse. La résistance se calcule par R = U/I. Par exemple, si U = 6 V et I = 0,3 A, alors R = 6/0,3 = 20 ohms. Cette méthode expérimentale est plus fiable que la lecture du code couleur pour les élèves de 4ème.

La loi d'Ohm s'applique-t-elle à une lampe ?

Non, une lampe à incandescence n'est pas un conducteur ohmique. Sa résistance augmente avec la température du filament, donc la relation U-I n'est pas proportionnelle. Sa caractéristique est une courbe, pas une droite. La loi d'Ohm s'applique uniquement aux résistances (conducteurs ohmiques).

Quelles activités pratiques pour enseigner la loi d'Ohm ?

Le tracé expérimental de la caractéristique U = f(I) est incontournable : les élèves collectent leurs données et découvrent la proportionnalité. Le défi « identifier une résistance inconnue » par la mesure rend la formule utile concrètement. L'analogie hydraulique avec des tuyaux de diamètres différents donne une intuition physique.