La loi d’Ohm au second cycle de l’enseignement secondaire général

En seconde

Le programme d’électricité en classe de Seconde se fonde sur l’électrocinétique sans référence à aucun autre domaine de la physique. Le courant électrique dans les composants électriques est central à l’apprentissage. Les notions de courant électrique, de tension électrique, de résistance, de caractéristiques de dipôles électriques y sont introduites expérimentalement et de façon indépendante. L’étude de la loi d’Ohm concerne les conducteurs ohmiques et les dipôles actifs.

En ce qui concerne les conducteurs ohmiques, les connaissances et techniques à mobiliser portent sur le tracé de la caractéristique d’un conducteur ohmique, la loi d’Ohm pour un conducteur, les limites de fonctionnement d’un conducteur ohmique et la détermination de la résistance par l’exploitation des caractéristiques. Le contenu du programme est calqué sur celui des programmes intermédiaires des années de la classe de troisième (1988-2006) avec la différence notoire de l’introduction des conditions limites de fonctionnement d’un conducteur ohmique et surtout l’exploitation de la loi d’Ohm pour l’établissement des différentes règles liées à l’association des conducteurs ohmiques en série (R=R1+R2) et en dérivation (¹

𝑅 = ¹

𝑅₁ + ¹

𝑅₂).

L’extension de l’étude de la loi d’Ohm concerne le générateur de tension continue. Les connaissances et techniques à construire sont basées sur une démarche expérimentale et sont relatives au tracé de la caractéristique d’un générateur possédant une résistance interne, la loi d’Ohm pour un tel générateur et la détermination graphique de la résistance interne et la force électromotrice de ce générateur.

La notion de point de fonctionnement d’un circuit apparait clairement dans le programme. Les commentaires demandent que le point de fonctionnement soit déterminer soit graphiquement à partir des tracés des caractéristiques u=f(i) d’un

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générateur et d’un conducteur dans le même système d’axes, ou soit par le calcul en appliquant la loi d’Ohm pour le conducteur ohmique et pour le générateur (Figure 12).

Figure 14: Schématisation de l’étude de la loi d’Ohm dans les programmes en 2nde C et D à partir de 2009

En première

En première C et D, c’est par une entrée par l’énergétique que la loi d’Ohm est inscrite au programme. En effet c’est à l’occasion du bilan énergétique d’un circuit que la loi d’Ohm est étudiée. L’étude de la loi d’Ohm en première s’intéresse aux récepteurs et aux générateurs électriques. Dans le premier cas, les récepteurs dont il s’agit sont définis comme étant des dipôles dans lesquels une partie de l’énergie électrique est transformée en une forme d’énergie autre que thermique. C’est le cas d’un moteur électrique qui transforme une partie de l’énergie électrique en énergie mécanique ; le cas d’un électrolyseur qui transforme une partie de l’énergie électrique en énergie chimique. Dans un premier temps le programme dispose d’étudier l’effet joule dans un conducteur ohmique (P= RI²) puis à partir du tracé des caractéristiques U= f(i) des générateurs et des récepteurs, d’en extraire la loi d’Ohm pour les récepteurs ( U= E’+r’I ; où E’ est la force contre électromotrice du récepteur et r’ sa résistance interne)

Circuit fermé

Point de fonctionnement d’un circuit électrique

Résistance (Loi d’Ohm)

Loi d’Ohm pour une pile Tension électrique Intensité du courant électrique

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et la loi d’Ohm pour les générateurs (U=E-rI). Le bilan de puissance (Puissance reçue par le récepteur (Pr = U.I) = puissance utile fournie par le récepteur (Pu= E’.I) + puissance dissipée dans le récepteur par effet Joule (PJ= r’.I2)) permet également d’établir la loi d’Ohm pour un récepteur.

Comme dans le programme des années 1975 à 1980, le nouveau programme prescrit de faire le bilan énergétique de tout le circuit (générateurs, récepteurs, conducteurs ohmiques) pour en déduire l’expression de la loi de Pouillet. La loi de Pouillet :

(I = ^{∑ 𝐸𝑖−∑ 𝐸}

′ 𝑗

∑ 𝑅 )

est présentée ici comme une généralisation de la loi d’Ohm.

Dans cette partie nous avons décrit et analysé les prescriptions de la loi d’Ohm en approfondissant celles relatives à la classe de quatrième aujourd’hui. Comme le montre la situation de la loi d’Ohm résumée dans le tableau 1, les programmes d’études relatifs à la loi d’Ohm ont évolué de façon quelque peu chaotique.

Tableau 1: Évolution temporelle et programmatique de la loi d’Ohm de 1960 selon l’approche d’enseignement

Période Entrée par 4^ème 3^èm

e 2^nde C/D 1^ère C/D Approche pédagogique 1960-975

Électrostatique X Programme par

contenus Électrocinétique

Énergétique 1976-1981

Électrostatique Programme par

contenus

Électrocinétique X

Énergétique 1981-1988

Électrostatique Programme par

contenus

Électrocinétique X X

Énergétique X

1988-2005

Électrostatique Programme pas

objectifs

Électrocinétique X X

Énergétique X

Actuellement

Électrostatique Approche par les

compétences

Électrocinétique X X

Énergétique

En effet pour une même génération d’enseignants chargés de mettre en œuvre ce savoir en classe, il y a eu pas moins de trois changements d’approches d’enseignement pour

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bien plus de changement dans les prescriptions de la loi d’Ohm. Parfois ces changements interviennent d’une année scolaire à la suivante. Il en est de même pour les entrées (par l’énergétique, l’électrostatique ou par l’électrocinétique) par lesquelles la loi est introduite sont très instables. Le programme de la classe de quatrième qui servira de cadre pour notre recherche, en plus de cette évolution, présente, des incohérences et des non-dits que nous avons soulignés. Dans ce contexte, nous allons étudier la mise en œuvre de la loi d’Ohm par les enseignants.

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CHAPITRE 3

LA CONTEXTUALISATION ET LA

PROBLÉMATISATION DE LA RECHERCHE

_____________________________________________________________________ Dans ce chapitre nous présentons le contexte dans lequel nous avons mené nos recherches. Pour cela nous situons brièvement les conditions et contraintes propres au système éducatif béninois afin de mieux mettre en reliefs ce qui détermine spécifiquement l’enseignement des sciences physiques du point de vue de la discipline elle-même, du point de vue des enseignants chargés de leur mise en œuvre mais aussi du points de vue des infrastructures de formation.