La loi d'Ohm

Travailler avec la loi d'Ohm demande aux élèves de passer d'une vision statique des circuits à une compréhension dynamique des relations entre tension, courant et résistance. L'expérimentation directe et les échanges en groupe permettent de transformer une formule abstraite en un outil concret pour interpréter des mesures et des graphiques.

• 4ème
• Exploration des Phénomènes Physiques et Chimiques en 4ème
• 4 activités
• 15 min–35 min

Objectifs d’apprentissage

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

Apprentissage expérientiel

⏱ 35 min·Petits groupes

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.

Préparation et détails

Expliquez la relation entre la tension, l'intensité et la résistance.

Conseil de facilitation: Pour l'activité 1, guidez les groupes pour qu'ils relèvent des mesures de tension et d'intensité dans un intervalle large (0V à 6V) afin d'obtenir un graphique exploitable.

Setup: Variable : extérieur, laboratoire, ou environnement associatif

Materials: Matériel de mise en situation, Carnet de réflexion avec pistes de guidage, Fiche d'observation, Support de mise en relation avec les contenus notionnels

• Appliquer
• Analyser
• Évaluer
• Conscience de soi
• Autogestion
• Conscience sociale

Penser-Partager-Présenter

⏱ 15 min·Binômes

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.

Préparation et détails

Calculez la résistance d'un dipôle à partir de mesures de tension et d'intensité.

Conseil de facilitation: Lors du Penser-Partager-Présenter (activité 2), imposez aux élèves d'utiliser leurs propres mesures pour justifier leurs réponses plutôt que de se contenter de la formule.

Setup: Disposition de classe standard ; les élèves se tournent vers leur voisin

Materials: Consigne de discussion (projetée ou distribuée), Optionnel : fiche de prise de notes pour les binômes

• Comprendre
• Appliquer
• Analyser
• Conscience de soi
• Compétences relationnelles

Apprentissage expérientiel

⏱ 25 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.

Préparation et détails

Analysez l'impact de la résistance sur le fonctionnement d'un circuit.

Conseil de facilitation: Pour le défi pratique (activité 3), fournissez une résistance inconnue et un ohmmètre pour permettre aux élèves de vérifier leur résultat après calcul.

Setup: Variable : extérieur, laboratoire, ou environnement associatif

Materials: Matériel de mise en situation, Carnet de réflexion avec pistes de guidage, Fiche d'observation, Support de mise en relation avec les contenus notionnels

• Appliquer
• Analyser
• Évaluer
• Conscience de soi
• Autogestion
• Conscience sociale

Apprentissage expérientiel

⏱ 20 min·Classe entière

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.

Préparation et détails

Expliquez la relation entre la tension, l'intensité et la résistance.

Conseil de facilitation: Utilisez l'analogie hydraulique (activité 4) uniquement après que les élèves aient déjà observé la proportionnalité sur leur graphique pour éviter une confusion entre les deux registres.

Setup: Variable : extérieur, laboratoire, ou environnement associatif

Materials: Matériel de mise en situation, Carnet de réflexion avec pistes de guidage, Fiche d'observation, Support de mise en relation avec les contenus notionnels

• Appliquer
• Analyser
• Évaluer
• Conscience de soi
• Autogestion
• Conscience sociale

Enseigner ce sujet

Commencez par des expériences simples avec une résistance et un générateur pour que les élèves observent la linéarité tension-intensité. Évitez de donner la loi d'Ohm trop tôt : laissez les élèves proposer des relations entre les grandeurs mesurées. Enfin, insistez sur l'unité de la résistance (l'ohm) et son lien avec les unités de tension (volt) et d'intensité (ampère) pour ancrer la formule dans leur pratique.

À quoi s’attendre

Les élèves doivent être capables d'utiliser U = R × I pour calculer une grandeur manquante, tracer une caractéristique tension-intensité linéaire pour un conducteur ohmique, et expliquer avec leurs propres mots pourquoi la résistance limite le courant. Ils doivent aussi distinguer clairement les conducteurs ohmiques des autres dipôles.

Attention à ces idées reçues

Idée reçue courante

Pendant l'activité 1 (Investigation collaborative : Tracer la caractéristique d'une résistance), surveillez l'idée que 'La résistance consomme le courant'.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Interrompez le groupe pour leur faire mesurer l'intensité avant et après la résistance avec un ampèremètre. Demandez-leur de constater que les valeurs sont identiques et de relier cela à la conservation du courant dans un circuit série.

Idée reçue courante

Pendant l'activité 2 (Penser-Partager-Présenter : U = R × I dans tous les sens), surveillez la croyance que 'La loi d'Ohm s'applique à tous les dipôles'.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Montrez aux élèves une lampe à incandescence et demandez-leur de tracer sa caractéristique tension-intensité en classe. Faites-leur observer que la courbe n'est pas une droite et concluez ensemble que la loi d'Ohm ne s'applique pas ici.

Idée reçue courante

Pendant l'activité 3 (Défi pratique : Identifier une résistance inconnue), surveillez l'idée que 'Plus la résistance est grande, plus le courant est fort'.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Demandez aux élèves de comparer deux résistances de valeurs différentes dans le même circuit. Faites-les mesurer l'intensité pour chaque cas et observez ensemble que la résistance plus grande donne une intensité plus faible, validant ainsi la relation inverse.

Idées d'évaluation

Billet de sortie

Après l'activité 1 (Investigation collaborative : Tracer la caractéristique d'une résistance), demandez aux élèves de rédiger un paragraphe expliquant pourquoi la courbe obtenue est une droite et ce que cela signifie pour la résistance.

Vérification rapide

Pendant l'activité 2 (Penser-Partager-Présenter : U = R × I dans tous les sens), circulez entre les groupes et demandez à chaque élève de calculer la résistance à partir de deux mesures de tension et d'intensité avant de partager sa réponse avec son binôme.

Question de discussion

Après l'activité 4 (Analogie hydraulique : Comprendre la résistance), lancez une discussion en demandant aux élèves de relier l'analogie du tuyau étroit à une situation réelle dans un circuit, en utilisant les termes tension, intensité et résistance.

Extensions et étayage

• Défi : Proposez aux élèves de déterminer la résistance d'un fil conducteur en utilisant la même méthode, puis de comparer avec la valeur théorique basée sur sa longueur et sa section.
• Étayage : Pour les élèves en difficulté, fournissez un tableau de valeurs tension-intensité partiellement rempli à compléter avant de tracer le graphique.
• Exploration approfondie : Demandez aux élèves d'expliquer pourquoi les résistances des ampoules à incandescence changent avec la température, en comparant leurs caractéristiques avec celles d'une résistance classique.

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.