Résistance électrique et loi d'Ohm

En électricité, les concepts abstraits comme la résistance et la loi d'Ohm deviennent concrets quand les élèves manipulent des circuits et observent les effets des changements de variables. L'approche active permet de transformer une formule mathématique en une compréhension physique tangible, essentielle pour éviter les erreurs d'interprétation.

• 5ème
• Exploration de la Matière et de l'Énergie
• 4 activités
• 15 min–35 min

Objectifs d’apprentissage

1. Calculer l'intensité du courant traversant un dipôle ohmique connaissant la tension à ses bornes et sa résistance.
2. Expliquer la relation entre la tension, l'intensité et la résistance dans un circuit électrique simple à l'aide de la loi d'Ohm.
3. Identifier la résistance comme une propriété d'un composant limitant le passage du courant électrique.
4. Comparer la résistance de différents matériaux conducteurs en réalisant des mesures expérimentales.

Apprentissage par problèmes

⏱ 35 min·Binômes

TP : Tracer la caractéristique d'une résistance

Les binômes font varier la tension aux bornes d'une résistance et mesurent l'intensité correspondante. Ils reportent les points sur un graphique, tracent la droite et calculent la pente pour trouver la valeur de R. Chaque binôme travaille avec une résistance différente pour comparer.

Préparation et détails

Comment la résistance électrique influence-t-elle le courant dans un circuit ?

Conseil de facilitation: Pendant le TP, circulez pour vérifier que chaque binôme ajuste correctement les curseurs du rhéostat et note bien les valeurs de tension et d'intensité sans dépasser les limites du matériel.

Setup: Îlots de travail avec accès aux outils de recherche

Materials: Document de mise en situation (scénario), Tableau KWL ou cadre d'investigation, Banque de ressources documentaires, Trame de présentation de la solution

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

Apprentissage par problèmes

⏱ 25 min·Petits groupes

Défi calcul : Qui protège le composant ?

Les groupes reçoivent un scénario : une LED qui supporte au maximum 20 mA sous 2 V alimentée par une pile de 9 V. Ils doivent calculer la résistance de protection nécessaire avec la loi d'Ohm et la vérifier expérimentalement.

Préparation et détails

Expliquez la loi d'Ohm et son application pour calculer la résistance, la tension ou l'intensité.

Setup: Îlots de travail avec accès aux outils de recherche

Materials: Document de mise en situation (scénario), Tableau KWL ou cadre d'investigation, Banque de ressources documentaires, Trame de présentation de la solution

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

Penser-Partager-Présenter

⏱ 15 min·Binômes

Penser-Partager-Présenter: Code couleur des résistances

Chaque élève décode la valeur d'une résistance à partir de ses anneaux de couleur. En binôme, ils vérifient avec un ohmmètre. La classe compile les résultats pour repérer les erreurs de lecture les plus fréquentes.

Préparation et détails

Analysez le rôle des résistances dans la protection des composants électroniques.

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 par problèmes

⏱ 20 min·Classe entière

Analogie active : La résistance hydraulique

Le professeur fait circuler de l'eau dans des tuyaux de diamètres différents. Les élèves observent que le débit diminue avec un tuyau plus étroit. Ils font le parallèle avec la résistance électrique qui limite le courant, puis formalisent l'analogie par écrit.

Préparation et détails

Comment la résistance électrique influence-t-elle le courant dans un circuit ?

Setup: Îlots de travail avec accès aux outils de recherche

Materials: Document de mise en situation (scénario), Tableau KWL ou cadre d'investigation, Banque de ressources documentaires, Trame de présentation de la solution

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

Enseigner ce sujet

Commencez par l'analogie hydraulique pour ancrer la notion de résistance comme un rétrécissement du passage, pas un frein aux charges. Insistez sur les limites de la loi d'Ohm en comparant des dipôles ohmiques et non ohmiques. Utilisez des calculs simples et variés pour renforcer la proportionnalité entre U, R et I.

À quoi s’attendre

Les élèves peuvent expliquer le rôle d'une résistance, appliquer la loi d'Ohm pour calculer une grandeur manquante, et identifier les limites de cette loi à travers des exemples concrets. Ils utilisent aussi le code couleur pour déterminer une valeur de résistance et justifient leurs choix avec des mesures.

Attention à ces idées reçues

Idée reçue courante

During TP : Tracer la caractéristique d'une résistance, écoutez les élèves dire que la résistance 'ralentit' les électrons comme un mur bloque une balle.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Pendant ce TP, utilisez l'analogie hydraulique proposée dans l'activité 4 : montrez un tuyau rétréci et demandez aux élèves de décrire comment le débit (intensité) change sans que la vitesse des molécules d'eau (électrons) ne diminue forcément.

Idée reçue courante

During Défi calcul : Qui protège le composant ?, certains élèves appliquent la loi d'Ohm à tous les composants, y compris une lampe.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Pendant ce défi, affichez les caractéristiques U = f(I) de différents dipôles (résistance, lampe, diode) et demandez aux élèves de comparer leur forme. Soulignez que seule la résistance a une droite passant par l'origine.

Idée reçue courante

During Think-Pair-Share : Code couleur des résistances, des élèves pensent qu'une résistance de valeur élevée bloque complètement le courant.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Pendant cette activité, calculez avec la classe la valeur de l'intensité pour une résistance de 9000 Ω sous 9 V (1 mA) et comparez avec une résistance de 100 Ω. Montrez que même une grande résistance laisse passer un courant, mais très faible.

Idées d'évaluation

Billet de sortie

Après TP : Tracer la caractéristique d'une résistance, demandez aux élèves de calculer la résistance d'un dipôle à partir d'un graphique U = f(I) et d'expliquer pourquoi ce dipôle suit la loi d'Ohm.

Vérification rapide

Pendant Défi calcul : Qui protège le composant ?, demandez aux élèves d'identifier dans leur circuit quelle résistance protège un composant et de justifier leur choix avec un calcul de courant.

Question de discussion

Après Think-Pair-Share : Code couleur des résistances, lancez un débat : 'Pourquoi est-il crucial de bien lire le code couleur ? Donnez un exemple où une erreur de lecture pourrait endommager un appareil.'

Extensions et étayage

• Challenge : Proposez aux élèves de concevoir un circuit où une résistance protège un composant en limitant le courant à 0,2 A maximum, avec une tension d'alimentation de 12 V.
• Scaffolding : Pour les élèves en difficulté, fournissez un schéma de circuit avec des valeurs déjà calculées et demandez-leur de vérifier les résultats avec la loi d'Ohm.
• Deeper : Explorez avec la classe comment la température influence la résistance d'un fil métallique, en mesurant la résistance d'un fil chauffé avec un sèche-cheveux.

Vocabulaire clé

Résistance électrique	Propriété d'un matériau ou d'un composant qui s'oppose au passage du courant électrique. Elle se mesure en Ohms (Ω).
Loi d'Ohm	Relation mathématique qui lie la tension (U) aux bornes d'un conducteur ohmique, l'intensité (I) du courant qui le traverse et sa résistance (R). Elle s'écrit U = R × I.
Intensité du courant	Quantité de charge électrique qui traverse une section de conducteur par unité de temps. Elle se mesure en Ampères (A).
Tension électrique	Différence de potentiel électrique entre deux points d'un circuit. Elle se mesure en Volts (V).
Dipôle ohmique	Composant électrique dont la résistance est constante, quelle que soit la tension appliquée ou l'intensité du courant qui le traverse. Sa caractéristique U = f(I) est une droite passant par l'origine.