Title: THEME DE CONVERGENCE Mode de pense statistique dans le regard scientifique sur le monde
1THEME DE CONVERGENCEMode de pensée statistique
dans le regard scientifique sur le monde
- Construction dune nouvelle notion
- EN CLASSE DE 4e
2THEME DE CONVERGENCEMode de pensée statistique
dans le regard scientifique sur le monde
- Première partie
- Étude pluridisciplinaire
3Première convergence possible
- Les valeurs dune série de résistances
identiques ne sont pas toutes égales ! - En mesurant les valeurs de plusieurs résistances
comportant les mêmes anneaux colorés, la
variabilité obtenue pour ces mesures pourra être
utilisée aussi bien pour le cours de
mathématiques que pour celui de physique.
4Programme de mathématiques
- Calculs faisant intervenir des pourcentages
- Puissances de 10
- Notation scientifique et encadrement dun résultat
5Cours de mathématiques
6Activité 1
- But Réactiver des notions antérieures
- A partir du code des couleurs, déterminer la
valeur de la résistance de plusieurs résistors
ainsi que lencadrement de cette valeur. Décrire
le principe de la méthode utilisée sur le cahier. - Comparer ces résultats avec les mesures de ces
résistances réalisées avec un ohmmètre.
7Code des couleurs
1er chiffre 4
2ème chiffre 7
Coefficient multiplicateur 10 2
Tolérance 10
Valeur de la résistance 47.10 2 ? 4700 ? La
tolérance est de 10 de la valeur indiquée soit
0,1 x 4700 470 ? La valeur exacte de la
résistance est comprise entre (4700-470) ? et
(4700470) ?
8Programme de SPC
- Lois dunicité de l'intensité en courant continu
dans un circuit série - Mathématiques organisation et gestion de
données - Le comportement d'un circuit en boucle simple est
indépendant de l'ordre des dipôles associés en
série qui le constituent. - Caractère universel (indépendant de l'objet) de
la loi précédente. - Approche expérimentale de la résistance
électrique. - Unité de résistance électrique.
- Mathématiques notation scientifique, ordre de
grandeur
9Cours de physique
10Activité 1
- But tester la bonne compréhension de lunicité
de lintensité dans un circuit en série - Réaliser le montage du circuit schématisé
ci-dessus et mesurer lintensité du courant
traversant celui-ci. - Question
- On envisage dajouter une résistance en A (cf. le
schéma ci-dessus) prévoir (en argumentant) si
lintensité du courant va ou non changer (et, si
oui, dans quel sens). - Testez ensuite votre réponse.
- Ce résultat aurait-il été le même si la
résistance avait été placée en B ? ou en C ?
Argumentez avant de tester ces réponses. Si
celles-ci ne sont pas confirmées, expliquez
pourquoi.
11Activité 2
- But Amener les élèves à prendre conscience de
la notion de variabilité dune grandeur mesurée
au sein dun échantillon - Question Comment tester la fiabilité de la
tolérance affichée par le 4e anneau ? - Les élèves (en groupes) mesurent chacun les
valeurs de 5 résistances comportant les mêmes
anneaux colorés avec un ohmmètre. - Ils mettent leurs résultats en commun
- Les mesures ne sont pas toutes identiques.
- On peut calculer leur valeur moyenne.
- Celle-ci est très proche de celle obtenue avec le
code des couleurs
12Activité 3
- But Amener les élèves à prendre conscience que,
dans un circuit en série, lintensité du courant
est dautant plus petite que la résistance est
grande. - On envisage de reprendre lexpérience de
lactivité 1 avec une résistance plus grande
prévoir (en argumentant) si lintensité du
courant va ou non changer (et, si oui, dans quel
sens). Testez ensuite votre réponse.
13THEME DE CONVERGENCEMode de pensée statistique
dans le regard scientifique sur le monde
- Deuxième partie
- Étude interdisciplinaire
14Deuxième convergence possible
- La loi dOhm étudiée en Physique est un exemple
de proportionnalité - notion étudiée en Mathématiques.
- Mais létude graphique se limite à un alignement
de points en Mathématiques - alors que les physiciens ont besoin dune
matérialisation de cet alignement par une droite.
15Deuxième convergence possible
- Un travail coordonné peut permettre un
rapprochement entre ces deux logiques
disciplinaires
16Cours de mathématiques
17Programme de mathématiques
- Utiliser, dans le plan muni dun repère, la
caractérisation de la proportionnalité sous la
forme dalignement de points avec lorigine - Mettre en uvre la proportionnalité dans des
situations simples
18Les mathématiciens établissent des modèles
- Cours de mathématiques caractérisation de
situations de proportionnalité
19Activité 1 proportionnalité ?
- Compléter les trois tableaux suivants et établir
une relation simple entre y et x. - a) Périmètre dun carré
y 4 x
20Activité 1 proportionnalité ?
- Compléter les trois tableaux suivants
- b) Aire dun carré
y x x x x ²
21Activité 1 proportionnalité ?
- Compléter les trois tableaux suivants
- c) Abonnement téléphonique
- Un opérateur téléphonique propose à ses clients
la formule de facturation suivante un
abonnement fixe de 4,8 et 0,04 par minute.
y 0,04 x 4,8
22Activité 1 proportionnalité ?
- Dans chacune des situations, y a-t-il
proportionnalité entre les deux grandeurs? - Représenter graphiquement ces trois situations
dans trois repères différents. - Comment semble être caractérisée la
représentation graphique dune situation de
proportionnalité?
23Activité 1 Proportionnalité? Cas a)
24Activité 1 Proportionnalité? Cas b)
- Dans cette situation de non-proportionnalité, on
remarque que les points ne sont pas alignés
25Activité 1 Proportionnalité? Cas c)
- Dans cette situation de non-proportionnalité, on
remarque que les points sont alignés mais pas
avec lorigine.
26Activité 1 comparaison
- Dans le premier cas, les points sont alignés avec
lorigine. - Dans le deuxième cas, ils ne sont pas alignés.
- Dans le troisième cas, ils sont bien alignés,
mais pas avec lorigine.
27Activité 1 conclusion
- Une situation de proportionnalité semble être
caractérisée par lalignement des points
correspondants avec lorigine du repère. - Dans la suite du travail nous admettrons cette
caractérisation qui sera démontrée ultérieurement
en Mathématiques. - Les notions de coefficient directeur et
déquation dune droite ne sont abordées quen
classe de troisième et approfondies en seconde
28Activité 1 Proportionnalité? Cas a)
- On remarque que dans cette situation de
proportionnalité, - les points sont alignés avec lorigine du repère
29Activité 2
Dans un texte écrit en français, une règle
statistique prévoit que le nombre dapparitions
de la lettre e est approximativement
proportionnel au nombre de lettres du texte.
Dans un texte de 700 lettres, il y a environ 120
e .
- A combien de e peut-on sattendre dans un
texte de 350 lettres ? ou de 500 lettres ?
30Activité 2 Proportionnalité
31Activité 2 (suite)
- Choisir dans un livre un texte au hasard.
- Sur les 100 premières lettres du texte, compter
le nombre de e . La règle statistique
sapplique-t-elle à votre résultat? Argumentez
votre réponse. - Rassembler tous les résultats obtenus par les
élèves de la classe. Compter le nombre total de
e . Que penser de la règle statistique?
32Activité 3
- Une boîte de sucre dun kilogramme comprend 180
morceaux de sucre. - En TP de physique Alex doit peser des morceaux de
sucre identiques à l'aide d'une balance précise à
1g près. Il obtient
- On envisage de représenter graphiquement cette
série de valeurs comment devrait être lallure
de ce graphique ? - Effectuer cette représentation graphique
correspond-elle à ce qui était prévu ?
Interpréter éventuellement la différence. - Tracer la droite correspondant à la réponse à la
première question.
33Objectif de lactivité 3 Proportionnalité
- Les sucres étant de mêmes dimensions, on devrait
se trouver dans une situation de proportionnalité
les points devraient donc être alignés avec
lorigine.
34Objectif de lactivité 3 Proportionnalité
- Les points sont effectivement à peu près alignés
... les écarts pouvant sexpliquer par le fait
que les morceaux de sucre ne sont pas tous
rigoureusement identiques.
35Objectif de lactivité 3 Proportionnalité
- Les sucres étant de mêmes dimensions, on devrait
se trouver dans une situation de proportionnalité
les points devraient donc être alignés avec
lorigine. - Les points sont effectivement à peu près alignés
... les écarts pouvant sexpliquer par le fait
que les morceaux de sucre ne sont pas tous
rigoureusement identiques. - Dans un kg de sucre, il y a 180 morceaux. On
trace donc une droite qui passe par lorigine des
axes et par le point (180, 1000).
36Cours de SPC
37Les physiciens utilisent les modèles mathématiques
- Cours de physique létude dun dipôle
38Programme de physique -chimie
- Notions de circuit, de tension, dintensité et de
dipôle - Mise en évidence dun lien simple courant -
tension pour un dipôle particulier
39Objectifs
- Modélisation des résultats expérimentaux pour
conduire à une loi - la loi dOhm
- Confrontation à deux problèmes
- La validité du modèle choisi
- Le contrôle des risques derreur
40Activité 1
- A partir dun montage simple comportant un
générateur de tension réglable alimentant un
dipôle branché entre ses bornes, les élèves
mesurent lintensité (I) du courant traversant ce
circuit et la tension (U) entre les bornes de ce
dipôle. - Question
- Prévoir, en argumentant, comment variera
lintensité du courant traversant ce dipôle si on
lalimente avec une tension 2 fois plus grande ?
ou 3 fois plus grande. - Testez votre réponse.
41Activité 2
- Laugmentation de lintensité est facilement
confirmée - quant à la proportionnalité éventuelle entre
lintensité et la tension, le professeur ayant
pris la précaution de répartir divers dipôles
entre les groupes délèves (résistances diverses,
lampes à incandescence, varistances), la mise en
commun fait émerger deux catégories de dipôles
ceux pour lesquels elle fonctionne et ceux pour
lesquels elle ne fonctionne pas.
42Conclusion
- Pour certains dipôles il y a proportionnalité
entre lintensité et la tension - ces dipôles sappellent des dipôles
ohmiques .
43Activité 3
- Le professeur demande aux élèves de reprendre les
mesures trouvées dans le cas dun dipôle ohmique
et de compléter le tableau suivant
44Activité 3
- Questions
- Quelle remarque pouvez-vous faire quant aux
différentes valeurs du rapport U/I ? - Comparer la valeur moyenne obtenue avec celle
indiquée par le code des couleurs. - Comment peut-on tracer la caractéristique de ce
conducteur ohmique ? - En vous aidant de ce que vous avez vu en cours
de mathématiques, écrire et représenter U en
fonction de I.
45Activité 3
- Le professeur énonce alors la loi dOhm
- La tension U aux bornes dun conducteur ohmique
est proportionnelle à intensité I du courant qui
le traverse U R . I - R est la résistance, en ohm (?)
- U en volt (V) et I en ampère (A)
46Activité 3
bla
R
47Évaluations bilan possibles évaluation 1
- A quoi reconnaît-on une situation de
proportionnalité ? - En physique, lors dexpériences sur les
situations de proportionnalité, on nobtient pas
toujours des points alignés. Propose plusieurs
explications. - Dans une telle situation, comment faire pour
tracer la courbe ?
48Évaluations bilan possibles évaluation 2
- On associe deux résistors identiques de
résistance 100 ohms chacun en série dans un même
circuit démontrer si une telle association se
comporte ou non comme un dipôle ohmique. - Les physiciens peuvent alors se charger de
lévaluation de la partie expérimentale (montage,
mesures) et les mathématiciens lévaluation de la
démonstration de la proportionnalité.
49Évaluations bilan possibles évaluation 2 bis
- On associe deux résistors identiques de
résistance 100 ohms chacun en parallèle dans un
même circuit démontrer si une telle association
se comporte ou non comme un dipôle ohmique. - Les physiciens peuvent alors se charger de
lévaluation de la partie expérimentale (montage,
mesures) et les mathématiciens lévaluation de la
démonstration de la proportionnalité.