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1 Description des expériences Remarques : Ces activités peuvent nécessiter des adaptations avant d être utilisées auprès des élèves. Pour chaque expérience, l élève doit suivre un cadre spécifique d analyse. Il doit : S approprier la situation (manipulation du montage) Identifier et analyser le comportement des variables présentes Émettre une hypothèse quant à la représentation graphique Élaborer un protocole de prise de données Élaborer une table de valeurs Construire un nuage de points Tracer la courbe qui s ajuste le mieux Analyser le graphique obtenu Identifier la famille de fonction associée au phénomène étudié Note : La recherche de la règle est considérée comme un prolongement. Expérience 1 : Charge et décharge d un condensateur L élève doit mettre en relation le temps et la tension électrique lors de la charge et la décharge du condensateur. Le condensateur est branché à une pile de 9 volts, une lumière (DEL) et un interrupteur. Les éléments sont reliés sur une plaque de montage formant ainsi un circuit électrique. Le voltmètre et le chronomètre sont les instruments de mesure utilisés lors de l expérience. L expérience peut se vivre entièrement en cinquième secondaire (séquence TS). L étude de la décharge du condensateur peut se faire en quatrième secondaire (séquence TS). Un chronomètre, un multimètre, un circuit électrique comportant un condensateur et une pile 9 volts. Lien intéressant (pour visualiser la simulation) : 1

2 Expérience 2 : Le chariot à ressort L élève doit mettre en relation la distance franchie par le chariot et l allongement du ressort. Afin d avoir des données fiables, il est suggéré de faire trois prises de données pour un allongement donné (voir le tableau de prise de données). L élève peut ainsi juger de la fiabilité de résultats obtenus. La règle de papier placée sur le chariot et le ruban à mesurer sont les instruments de mesure utilisés lors de l expérience. La gamme de fabrication du chariot à ressort est disponible sur le site du Centre de développement pédagogique dans la série de documents en lien avec l activité intitulée Les Experts ( L expérience peut se vivre entièrement en quatrième secondaire (séquence TS). De plus, il est possible d aborder le concept de distribution à deux caractères (corrélation linéaire). On peut également demander aux élèves de déterminer la valeur de la constante de rappel du ressort utilisé (relation linéaire aussi). Le chariot à ressort et un ruban à mesurer. Expérience 3 : Le plan incliné L élève doit mettre en relation la longueur d un plan incliné (distance franchie par une bille) et le temps nécessaire pour franchir cette distance. La hauteur du plan incliné sera constante. Il est suggéré de faire trois prises de données pour un plan incliné donné (voir le tableau de prise de données). L élève peut ainsi juger de la fiabilité des résultats obtenus. L expérience peut se vivre entièrement en quatrième secondaire (séquence TS). De plus, il est possible d aborder le concept de distribution à deux caractères (corrélation linéaire). On peut aussi changer les variables en relation. L angle du plan incliné peut faire l objet de l étude. On peut se servir de cette expérience pour introduire les relations trigonométriques dans le triangle rectangle. Différentes longueurs de plans inclinés (300 mm, 400 mm, 600 mm, 800 mm et 900 mm), une bille d acier et un chronomètre. 2

3 Expérience 4 : Sous rémunération (à venir) La situation est présentée sous forme de résolution de problème. L élève doit choisir le plus avantageux des modes de rémunération proposés. Pour faire son choix, il doit faire l analyse complète de chaque mode. Il a à justifier son choix en utilisant les différents registres de représentations d une fonction (description verbale, table de valeurs, graphique et règle). L expérience peut se vivre entièrement en quatrième secondaire (séquence TS). En modifiant les règles des fonctions, on peut facilement adapter la situation pour la cinquième secondaire (séquence TS). Cette activité vise à mettre évidence les différents registres de représentations. La fonction exponentielle et la fonction partie entière sont les modèles ciblés par la situation. Expérience 5 : Le Char d Éole L élève doit comparer l effet du vent arrière et de travers sur un mobile (char à voile). Pour ce faire, l élève doit analyser des données obtenues à partir d une vidéo. La construction des graphiques permet de justifier les explications reliées au phénomène étudié. L intuition est parfois confrontée à la réalité. L expérience peut se vivre entièrement en quatrième secondaire (séquence TS). La fonction polynomiale du second degré et la fonction linéaire sont présentes dans cette situation. L analyse permet de constater que le vent de travers est plus efficace. L analyse vectorielle de cette situation peut se faire dans le cadre du cours de cinquième secondaire. Une vidéo et des informations techniques sont disponibles sur le site du Centre de développement pédagogique dans la série de documents en lien avec l activité intitulée Le Char d Éole ( 3

4 Expérience 6 : Le monte-charge L élève doit étudier le comportement d un monte-charge pour une hauteur et une tension fixe. L élève met en relation le temps nécessaire pour franchir une hauteur donnée selon la masse suspendue. Il est suggéré de faire trois prises de données pour chaque masse suspendue (voir le tableau de prise de données). L élève peut ainsi juger de la fiabilité des résultats obtenus. L expérience peut se vivre entièrement en quatrième secondaire (séquence TS). De plus, il est possible d aborder le concept de distribution à deux caractères (corrélation). Il faut obtenir au moins une dizaine de données pour obtenir un nuage de points qui facilitera l analyse. On peut aussi faire l étude du rendement du moteur. Monte-charge miniaturisé (Moteur MIM adapté), différentes masses, un chronomètre et un ruban à mesurer. Expérience 7 : L horloge L élève doit mettre en relation la distance qui sépare l extrémité de la trotteuse et la base du support selon le temps écoulé depuis le début de l analyse de l expérience. Il peut noter sur un transparent fourni, la position de la trotteuse. Par la suite, il mesure la distance qui sépare la base du support de l horloge et l extrémité de la trotteuse. L expérience permet à l élève de se familiariser avec la fonction périodique. L expérience peut se vivre entièrement en quatrième secondaire (séquence TS). L idée principale est de dégager la notion de périodicité. La recherche de la règle associée à cette situation doit se faire dans le cadre du cours de cinquième secondaire (séquence TS). Au lieu d analyser la position de la trotteuse, on pourrait faire analyser la position de la petite ou de la grande aiguille. Horloge montée sur un support, un transparent, un crayon non permanent, une règle, de la gommette et un ruban à mesurer. 4

5 Expérience 8 : Le pendule L élève doit analyser le mouvement d un pendule simple. Il doit mettre en relation le temps que prend le pendule pour effectuer une oscillation (période) et sa longueur. Comme il est difficile de mesurer le temps pour une oscillation, l élève doit mesurer le temps nécessaire pour effectuer 5 oscillations (aller-retour). Il pourra par la suite déterminer le temps par oscillation (la période). Note : Il est intéressant de donner à chaque équipe 5 longueurs différentes de pendule et faire une mise en commun des données. Cette expérience permet de traiter directement la fonction racine carrée. Il faut expliquer que la période est indépendante de la masse suspendue. On peut donner ce mandat à certaines équipes. Plusieurs questions risquent de survenir lors de cette expérience. Il est important de défaire les fausses conceptions. Il est possible de le faire par une démonstration où deux pendules auront la même longueur, mais des masses différentes. On peut aussi utiliser les mêmes masses, mais avec des longueurs différentes de pendule (1 pour 4). L expérience peut se vivre entièrement en cinquième secondaire (séquence TS). On peut aussi mettre en relation l angle et le temps. Cette étude permet alors de dégager la notion de périodicité. La recherche de la règle associée à cette situation peut se faire dans le cadre du cours de la cinquième secondaire. L étude de la réciproque peut aussi se faire (pour la fonction racine carrée). Une masse de 200 grammes, un support universel, un mètre, un ruban à mesurer, un rapporteur d angles, un chronomètre et 6 cordes de longueurs différentes. 5

6 Expérience 9 : La colonne d eau L élève doit analyser le comportement du niveau d eau dans un tube de forme cylindrique. Il a à mettre en relation le niveau d eau dans le cylindre et le temps écoulé depuis le début de l expérience. Il faut obtenir au moins une dizaine de données pour obtenir un nuage de points qui facilitera l analyse. L organisation lors de la prise de données est un facteur déterminant. L expérience permet à l élève de travailler avec la fonction polynomiale du second degré. L analyse du graphique peut être complexe. Il peut s avérer nécessaire de guider l élève afin qu il arrive à trouver la règle de correspondance. L expérience peut se vivre entièrement en cinquième secondaire (séquence TS). Il est intéressant de faire l expérience avec des tubes cylindriques de différents diamètres. Avec le simulateur, il devient intéressant de valider les résultats obtenus. La recherche de la règle de la fonction associée à cette situation peut se faire. Un tube cylindrique et son support, une pince à tuyau, un mètre, un entonnoir, un bécher et un chronomètre. Lien intéressant (simulation du phénomène) : 6

7 Expérience 10 : La chute libre L élève doit analyser le transfert d énergie lors de la chute libre d un corps. Il met en relation la position d une bille par rapport au bas d un transducteur et la tension obtenue au moment du contact avec le transducteur. Il faut obtenir au moins une dizaine de données afin d obtenir un nuage de points qui facilitera l analyse de la tendance. L organisation lors de la prise de données est un facteur déterminant. Le voltmètre est utilisé pour mesure la tension associée à la chute de la bille. L élève doit étalonner le transducteur. La courbe tracée à partir du nuage de points correspond à la courbe d étalonnage. L expérience permet à l élève de travailler avec la fonction polynomiale du second degré ou la fonction linéaire. L étude du coefficient de corrélation permet ensuite de choisir un modèle, mais est-ce le bon? On peut utiliser EXCEL ou GÉOGÉBRA pour traiter les données et construire les graphiques. L expérience peut se vivre entièrement en quatrième secondaire (séquence TS). Il est intéressant de comparer les graphiques des différentes équipes. L introduction de la corrélation peut se faire par le biais de cette situation. L élève doit faire un choix et pour le faire, il doit analyser et comparer les coefficients de corrélation. La recherche de la règle associée à cette situation peut se faire (selon le modèle choisi). Voir document annexé (étalonnage du transducteur) Lien intéressant (pour obtenir la gamme du transducteur) : dans la série de documents en lien avec l activité intitulée Les Experts. 7

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