Fiche professeur - Académie d'Orléans-Tours

Fiche professeur |THEME du programme : Comprendre |Sous-thème : Champs et forces | Le champ magnétique Type d'activité : - Une activité documentaire et
expérimentale (découverte), suivie d'une activité expérimentale (type « TP
tournants ») Conditions de mise en ?uvre :
- activité de découverte des champs : durée d'environ 1h. Prévoir un
vidéoprojecteur, des aimants, de grandes boussoles.
- activité expérimentale : TP « tournant » comportant 5 postes
d'environ 15 minutes, dont 1 poste équipé d'un ordinateur connecté à
internet, et 1 poste équipé d'un ordinateur pouvant lire un diaporama
(diapositives en annexe). Prévoir chaque poste en double exemplaire. Pré- requis : - Interaction gravitationnelle (seconde) pour la première
activité
|NOTIONS ET CONTENUS |COMPETENCES ATTENDUES |
|Exemples de champs scalaires et |Recueillir et exploiter des |
|vectoriels : pression, température,|informations (météorologie, |
|vitesse dans un fluide. |téléphone portable, etc.) sur un |
| |phénomène pour avoir une première |
| |approche de la notion de champ. |
| | |
|Champ magnétique : sources de champ|Décrire le champ associé à des |
|magnétique (Terre, aimant, |propriétés physiques qui se |
|courant). |manifestent en un point de |
| |l'espace. Pratiquer une démarche |
| |expérimentale pour cartographier un|
| |champ magnétique |
| |Comprendre comment la notion de |
| |champ a émergé historiquement |
| |d'observations expérimentales.. |
| |Connaître les caractéristiques : |
| |- des lignes de champ vectoriel ; |
| |- du champ magnétique terrestre ; | Compétences transversales : (préambule du programme et socle commun) - mobiliser ses connaissances
- rechercher, extraire, organiser des informations utiles
- raisonner, argumenter, démontrer
- formuler des hypothèses
- raisonner, argumenter, démontrer Mots clés de recherche : champs, champ scalaire, vectoriel, lignes de
champ, pôles, aimant, aiguille aimantée, champ magnétique, champ magnétique
terrestre, interaction gravitationnelle Provenance : Académie d'Orléans-Tours
Adresse du site académique : http://physique.ac-orleans-tours.fr/php5/site/
Activité 1 : Découverte de la notion de champ magnétique
Le feu de camp !
Il s'agit ici d'un champ thermique mais tout se passe de la même façon pour
les champs de pression, de vitesse dans un fluide, pour les champs
électrique, magnétique, gravitationnel. Un champ est une propriété de
l'espace, c'est-à-dire une grandeur physique définie en tout point d'une
région de l'espace.
Sa présence modifie les propriétés de l'espace qui l'entoure et l'intensité
du champ est grande à proximité de la source et diminue rapidement
lorsqu'on s'en écarte.
( Document n°1 : mise en évidence d'un champ
« En 1861 Maxwell créa le concept fondamental du "champ". Un champ, disait-
il, crée une toile à travers tout le ciel. Son effet peut être
gravitationnel lorsque cette force est liée à la Terre, électrique autour
d'une charge ou magnétique autour d'un courant électrique ou d'un aimant.
Ces champs évoluent dans le temps et sont à l'origine de l'existence des
ondes. En dehors des champs, il n'y a pas de force. C'est la raison pour
laquelle en dehors du champ électromagnétique d'une station de
radiodiffusion, on ne capte plus du tout ses émissions.
Maxwell donne une fonction à l'espace. Comme le disait Einstein, "Cette
théorie était fascinante. Désormais, à l'idée classique de force qui fait
jouer un rôle muet à l'espace, le concept de champ consiste en un processus
dans lequel les corps en interaction baignent dans l'espace. Cet espace a
la propriété d'interagir avec les corps".
Le champ sert à retrouver les forces qui agissent sur une particule. »
Extraits du livre : Un siècle de Physique: 1 - La Physique Quantique de
Thierry Lombry Questions concernant le texte :
1°- D'après le texte, un champ se manifeste par ses effets. Proposer une
expérience permettant de montrer l'existence d'un champ magnétique créé par
un aimant. Proposer une deuxième expérience permettant de montrer que la
valeur du champ est grande à proximité de la source et diminue lorsqu'on
s'en écarte. 2°- D'après le texte : les corps en interaction baignent dans l'espace et
cet espace a la propriété d'interagir avec les corps.
La pomme se décroche de l'arbre.
a- pourquoi tombe-t-elle ?
b- quels sont les corps qui interagissent ?
c- donner l'expression de la force d'interaction
en indiquant le nom des grandeurs intervenant
dans cette expression.
Schématiser la situation.
La pomme est soumise à un champ de gravitation
généré par la Terre dont la manifestation est la
force d'interaction gravitationnelle.
Jusqu'ici, à la surface de la Terre, vous l'avez
rencontré sous un autre nom, lequel ?
3°- « Un champ crée une toile à travers tout le ciel ». Comment imaginez-
vous cette toile en ce qui concerne le champ gravitationnel ? ( Document n°2 : Représentations d'un champ, d'un champ scalaire et d'un
champ vectoriel On distingue les champs scalaires et les champs vectoriels par leurs
représentations : |( |La représentation d'un champ scalaire se fait par des courbes de |
| |niveaux, elles indiquent le lieu de points où le champ a la même |
| |valeur. Il est également possible de représenter des points de |
| |taille proportionnelle à la valeur du champ. |
|( |Le champ vectoriel est orienté ! On le modélise alors par un |
| |vecteur de longueur proportionnelle à sa valeur. On peut dessiner|
| |des lignes de champ : courbes tangentes en chacun de leurs points|
| |au vecteur champ et elles sont orientées par le sens du champ. |
Classer les images proposées ci-dessous en « champ scalaire » et « champ
vectoriel » Associer un nom de champ aux images de 1 à 10 : champ de population, de
pression atmosphérique, d'altitude, électrique, vectoriel tournant, de
température, de pression de contrainte, gravitationnel, magnétique.
Dessiner une ligne de champ sur la figure n°9. ( Document n°3 : L'aiguille aimantée : détecteur de champ magnétique Des aiguilles aimantées ont été disposées un peu partout dans la salle de
classe:
1- Que constatez-vous ?
Ecartez légèrement les aiguilles de leur
position d'équilibre puis lâchez.
Observez leur comportement.
2- Le pôle nord des aiguilles aimantées est
repéré par une couleur. Vers où pointe le
pôle nord des aiguilles ?
Schématisez la situation sur le plan de
classe.
3- Approchez un aimant de l'aiguille
aimantée la plus proche de vous. Que se
passe-t-il ?
4- Les aiguilles aimantées détectent les
champs magnétiques. Quel champ magnétique
est mis en évidence lorsqu'il n'y a pas
d'aimant ?
Et quand il y a un aimant ? ( Document n°4 : Testez votre force Prenez deux aimants droits.
Approchez un pôle sud et un pôle nord. Que constatez-vous ?
Approchez deux pôles sud ou deux pôles nord. Que constatez-vous ?
Conclure. Reproduire la même expérience avec les deux petits aimants néodyme ( (en
respectant les consignes de sécurité) . Qu'en est-il de l'intensité du
champ créé par un tel aimant par rapport à celle d'un aimant droit ? ( Document n°5 : Le champ magnétique terrestre
Voici des représentations du champ magnétique terrestre que l'on rencontre
fréquemment.
« Le champ magnétique terrestre (ou
champ géomagnétique) ressemble à celui
produit par un aimant droit (un barreau
aimanté).
À cause de la présence, à chaque bout de
l'aimant, de deux pôles où l'intensité du champ
magnétique est maximale, on dit de ce champ
qu'il est dipolaire. On visualise souvent le
champ magnétique sous la forme de lignes - les
lignes de force - qui jaillissent d'un bout de
l'aimant, le pôle Nord, s'infléchissent dans
l'espace