Loi d'additivité des intensités

Apprendre la loi d'additivité des intensités passe mieux par l'expérimentation directe et l'interaction. Les élèves de 4ème retiennent mieux quand ils manipulent eux-mêmes les circuits et observent les effets concrets des branchements en série et en dérivation.

• 4ème
• Exploration des Phénomènes Physiques et Chimiques en 4ème
• 4 activités
• 15 min–30 min

Objectifs d’apprentissage

1. Expliquer la loi des nœuds en termes de conservation de l'intensité du courant au niveau d'un point de branchement.
2. Calculer l'intensité totale du courant dans un circuit en dérivation à partir des intensités dans chaque branche.
3. Comparer expérimentalement l'intensité du courant avant et après un nœud dans un circuit en dérivation.
4. Identifier les branches d'un circuit en dérivation où l'intensité du courant sera la plus faible ou la plus forte en fonction de la résistance (si abordée en prérequis).

Résolution de problèmes en collaboration

⏱ 30 min·Binômes

Investigation collaborative : Vérifier la loi des noeuds

Un circuit en dérivation avec trois branches est monté au bureau. Chaque binôme mesure l'intensité dans une branche différente avec un ampèremètre. Les résultats sont rassemblés au tableau pour vérifier que la somme des intensités des branches égale l'intensité totale.

Préparation et détails

Expliquez la loi des nœuds pour l'intensité du courant.

Conseil de facilitation: Pendant l'investigation collaborative, circulez entre les groupes pour vérifier que chaque élève manipule l'ampèremètre et note les valeurs sans sauter les étapes de branchement.

Setup: Travail en îlots avec supports de travail

Materials: Dossier de la situation-problème, Cartes de rôles (facilitateur, secrétaire, etc.), Fiche de protocole de résolution, Grille d'évaluation de la solution

• Appliquer
• Analyser
• Évaluer
• Créer
• Compétences relationnelles
• Prise de décision
• Autogestion

Penser-Partager-Présenter

⏱ 15 min·Binômes

Penser-Partager-Présenter: Prédire avant de mesurer

L'enseignant présente un schéma de circuit en dérivation avec deux valeurs d'intensité données. Chaque élève prédit la troisième valeur, compare avec son voisin, puis la mesure réelle est effectuée. L'écart entre prédiction et mesure est discuté collectivement.

Préparation et détails

Calculez l'intensité du courant dans les branches d'un circuit en dérivation.

Conseil de facilitation: Lors du Think-Pair-Share, insistez pour que chaque élève produise une prédiction écrite avant l'échange, même approximative, afin d'éviter que les plus timides ne se calent sur les réponses des autres.

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

Jeu de rôle

⏱ 20 min·Classe entière

Jeu de rôle: Les charges au carrefour

Les élèves jouent le rôle de charges électriques circulant dans un circuit dessiné au sol. Arrivés à un noeud (intersection), ils se répartissent dans les branches selon des règles données. Ce jeu physique illustre la conservation de la charge et la division du courant.

Préparation et détails

Justifiez la conservation de l'intensité dans un circuit en série.

Conseil de facilitation: Pendant le jeu de rôle, alternez les rôles de charges et de nœuds entre les élèves pour que chacun comprenne la répartition dynamique du courant.

Setup: Espace ouvert ou bureaux réorganisés pour la mise en scène

Materials: Fiches de personnage (contexte et objectifs), Fiche de mise en situation (scénario)

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

Résolution de problèmes en collaboration

⏱ 25 min·Individuel

Exercice différencié : Circuits à résoudre

Trois niveaux de circuits en dérivation sont proposés (2 branches, 3 branches, circuit mixte). Chaque élève choisit son niveau et calcule les intensités manquantes. Les résultats sont vérifiés entre pairs avant correction collective.

Préparation et détails

Expliquez la loi des nœuds pour l'intensité du courant.

Setup: Travail en îlots avec supports de travail

Materials: Dossier de la situation-problème, Cartes de rôles (facilitateur, secrétaire, etc.), Fiche de protocole de résolution, Grille d'évaluation de la solution

• Appliquer
• Analyser
• Évaluer
• Créer
• Compétences relationnelles
• Prise de décision
• Autogestion

Enseigner ce sujet

Cette loi se comprend d'abord par l'expérience sensorielle et kinesthésique. Les élèves ont besoin de voir les charges se répartir physiquement et de mesurer concrètement la somme des intensités. Évitez de commencer par la formule abstraite : privilégiez la manipulation suivie d'une formalisation progressive. Les schémas au tableau doivent être annotés en temps réel avec les valeurs mesurées pour ancrer le concept.

À quoi s’attendre

Les élèves savent mesurer correctement l'intensité avec un ampèremètre, appliquent la loi des nœuds pour prédire ou calculer une intensité manquante, et expliquent la conservation du courant aux élèves ou à l'enseignant avec des termes précis.

Attention à ces idées reçues

Idée reçue courante

Pendant l'investigation collaborative, certains élèves pensent que l'intensité se divise en parts égales dans chaque branche d'un circuit en dérivation.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Pendant l'investigation collaborative, donnez aux élèves un circuit avec des branches de résistance inégale (par exemple, une lampe et un fil nu) et demandez-leur de mesurer les intensités dans chaque branche. Comparez les résultats en groupe pour montrer que la répartition dépend de la résistance.

Idée reçue courante

Pendant l'exercice différencié, certains élèves branchent l'ampèremètre en dérivation en pensant qu'il mesure l'intensité comme un voltmètre.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Pendant l'exercice différencié, présentez des photos de montages avec des erreurs de branchement de l'ampèremètre. Demandez aux élèves d'identifier les erreurs et de justifier pourquoi le branchement doit être en série.

Idée reçue courante

Pendant le jeu de rôle, certains élèves croient que le courant s'affaiblit après chaque nœud.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Pendant le jeu de rôle, faites compter le nombre de 'charges' qui entrent et sortent de chaque nœud. Insistez sur le fait que le nombre total de charges ne change pas, illustrant ainsi la conservation du courant.

Idées d'évaluation

Billet de sortie

Après l'investigation collaborative, donnez aux élèves un schéma simple d'un circuit avec un nœud et des intensités connues dans deux branches. Demandez-leur de calculer l'intensité dans la troisième branche et d'écrire une phrase expliquant leur démarche en utilisant le terme 'loi des nœuds'.

Évaluation par les pairs

Pendant le Think-Pair-Share, après l'échange en binôme, demandez à chaque élève d'évaluer la prédiction de son partenaire en justifiant si elle est cohérente avec la loi des nœuds.

Question de discussion

Lors du jeu de rôle, demandez aux élèves : 'Pourquoi est-il important de brancher l'ampèremètre en série pour mesurer l'intensité ? Que se passerait-il si nous le branchions en dérivation au niveau d'un nœud ?' Utilisez leurs réponses pour évaluer leur compréhension de la conservation du courant.

Extensions et étayage

• Challenge : Proposez un circuit avec trois branches de résistances différentes et demandez aux élèves d'anticiper la répartition des intensités avant toute mesure.
• Scaffolding : Fournissez un tableau de mesure pré-rempli avec deux valeurs connues et une case vide pour la troisième, en guidant les élèves sur la méthode de calcul.
• Deeper : Invitez les élèves à concevoir un circuit avec deux nœuds en série et à vérifier expérimentalement que la loi s'applique à chaque intersection.

Vocabulaire clé

Nœud	Point de connexion où un fil conducteur se divise en deux ou plusieurs autres fils, créant une séparation du courant.
Intensité du courant	Quantité de charge électrique qui traverse une section de conducteur par unité de temps, mesurée en ampères (A).
Circuit en dérivation	Circuit comportant plusieurs chemins possibles pour le courant électrique, où l'intensité se divise entre les branches.
Loi des nœuds	Principe stipulant que la somme des intensités des courants entrant dans un nœud est égale à la somme des intensités des courants sortant de ce nœud.