Physique-chimie · Première

Idées d’apprentissage actif

Générateurs réels de tension

Les générateurs réels de tension illustrent parfaitement le décalage entre théorie et pratique en physique. Travailler avec des mesures concrètes et des manipulations permet aux élèves de constater que les formules ne sont pas que des abstractions, mais reflètent des comportements observables dans la vie quotidienne.

• Programmes Officiels
• EDNAT.PC.605

• 15–45 min
• Binômes → Classe entière
• 4 activités

Activité 01

• Cercle de recherche
• 45 min · Petits groupes

Cercle de recherche: Radiographie d'une pile

Chaque groupe recoit une pile differente (1,5 V neuve, 1,5 V usagee, 9 V, pile rechargeable). En faisant varier la resistance de charge et en mesurant U et I, les eleves tracent la caracteristique et determinent E et r pour chaque pile. La comparaison revele l'impact de l'usure et du type de pile.

Pourquoi la tension d'une pile s'effondre-t-elle quand on lui demande trop de courant?

Conseil de facilitation

Pendant l’activité Collaborative Investigation, exigez que chaque groupe note ses mesures de tension à vide et sous charge dans un tableau commun pour faciliter la comparaison collective.

À observer

Après avoir tracé la caractéristique U(I) d'une pile en laboratoire, demandez aux élèves de calculer la f.e.m. et la résistance interne à partir de deux points du graphique. Posez la question : 'Que se passerait-il si la résistance interne était deux fois plus grande ?'

• Analyser
• Évaluer
• Créer
• Autogestion
• Conscience de soi

Activité 02

• Penser-Partager-Présenter
• 15 min · Binômes

Penser-Partager-Présenter: Pourquoi la lampe faiblit ?

L'enseignant montre une video d'une lampe torche qui faiblit progressivement. Chaque eleve propose individuellement une explication, puis en discute avec son voisin. La mise en commun introduit la notion de resistance interne qui augmente avec l'usure de la pile.

Comment déterminer la force électromotrice et la résistance interne d'un générateur?

Conseil de facilitation

Lors du Think-Pair-Share, demandez aux élèves de justifier leurs réponses avec des exemples concrets avant de partager leur explication en grand groupe.

À observer

Présentez aux élèves le scénario d'une lampe de poche dont l'éclairage faiblit rapidement. Demandez-leur d'expliquer ce phénomène en utilisant les concepts de f.e.m., de résistance interne et de chute de tension. Encouragez-les à proposer des solutions pour améliorer la durée de vie de la lampe.

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

Activité 03

• Enseignement par les pairs
• 15 min · Binômes

Enseignement par les pairs: Lire E et r sur un graphique

Un eleve montre a son partenaire comment extraire la f.e.m. (ordonnee a l'origine) et la resistance interne (oppose de la pente) sur la droite U(I). Le partenaire applique ensuite la methode sur un graphique different et verifie la coherence avec U = E - rI.

Analysez l'impact de la résistance interne sur la puissance fournie par un générateur.

Conseil de facilitation

Pour la Peer Teaching, fournissez aux élèves des graphiques partiellement annotés pour qu’ils complètent ensemble les valeurs de E et r à partir de points choisis.

À observer

Sur un post-it, demandez à chaque élève d'écrire la relation mathématique qui lie la tension aux bornes d'un générateur réel (U), sa f.e.m. (E), sa résistance interne (r) et l'intensité du courant (I). Ils doivent ensuite donner un exemple concret où cette relation est importante.

• Comprendre
• Appliquer
• Analyser
• Créer
• Autogestion
• Compétences relationnelles

Activité 04

• Débat formel
• 20 min · Classe entière

Débat formel: Pile neuve vs pile rechargeable

Deux groupes comparent les avantages d'une pile alcaline neuve (faible r initiale) et d'une batterie lithium-ion rechargeable (r stable, nombreux cycles). Les arguments doivent s'appuyer sur les caracteristiques tracees en TP et sur des considerations environnementales.

Pourquoi la tension d'une pile s'effondre-t-elle quand on lui demande trop de courant?

À observer

Après avoir tracé la caractéristique U(I) d'une pile en laboratoire, demandez aux élèves de calculer la f.e.m. et la résistance interne à partir de deux points du graphique. Posez la question : 'Que se passerait-il si la résistance interne était deux fois plus grande ?'

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

Quelques notes pour enseigner cette unité

Privilégiez une approche progressive où les élèves partent de l’observation directe avant d’aborder les modèles théoriques. Évitez de donner la formule U = E – rI trop tôt : laissez les élèves la découvrir à travers des mesures et des graphiques. Cette démarche ancrée dans l’expérience limite les erreurs de conceptualisation et renforce la compréhension durable.

Les élèves doivent être capables d’expliquer pourquoi une pile fatiguera plus vite sous charge, de calculer la f.e.m. et la résistance interne à partir de données expérimentales, et de transférer ces concepts à des situations réelles comme l’usure des piles ou le choix entre piles jetables et rechargeables.

---

Attention à ces idées reçues

• During Collaborative Investigation : Radiographie d'une pile, watch for...

  Lors de cette activité, les élèves doivent mesurer la tension à vide puis sous une charge résistive. Intervenez si un groupe confond la tension mesurée sous charge avec la f.e.m. E, en leur rappelant de bien noter les conditions de mesure et de comparer les valeurs obtenues.

• During Think-Pair-Share : Pourquoi la lampe faiblit ?, watch for...

  Lors du partage des explications, repérez les élèves qui attribuent la baisse de luminosité à une baisse de la f.e.m. E. Ramenez la discussion vers la résistance interne r en leur demandant de relire la formule U = E – rI avec les valeurs mesurées pendant l’activité précédente.

• During Peer Teaching : Lire E et r sur un graphique, watch for...

  Pendant la correction collective du graphique, surveillez les élèves qui ignorent la résistance interne r. Insistez sur le fait que r n’est pas un détail mais un paramètre clé en traçant la droite U(I) et en montrant comment son coefficient directeur correspond à –r.

---

Méthodes utilisées dans ce dossier

• Cercle de recherche
• Penser-Partager-Présenter
• Enseignement par les pairs
• Débat formel