Progression propos�e par le Lyc�e G. Baumont � Saint Di

 

Voici une progression qui permet de donner quelques id�es pour les cours de MPI :

 

Mesures Physiques et Informatique

 

Les cours (bloc de 3 heures / semaine) sont articul�s autour de "s�ances" qui correspondent � un th�me d'�tude particulier, au rythme des �l�ves (une s�ance peut donc �tre �tal�e sur plusieurs blocs de 3 heures si les �l�ves sont tr�s actifs et se posent beaucoup de questions). Nous avons r�alis� 7 s�ances dans l'ann�e pour d�couvrir toute la cha�ne d'acquisition d'une grandeur et son traitement par ordinateur. Ces s�ances sont bien "formatt�es" : en effet, j'ai eu des �chos d'anciens �l�ves qui regrettaient d'avoir eu des s�ances de MPI plut�t "fourre-tout" tr�s touffues mais qui semblaient incoh�rentes entre elles. J'ai choisi de cr�er des s�ances progressives, ayant comme objectif final la compr�hension d'une cha�ne d'acquisition de temp�rature puis de traitement � l'ordinateur.

 

Les s�ances sont construites de la mani�re suivante :

Nous aborderons tout d'abord les variables �lectriques de base (mesures, lois d'addition des courants et des tensions), puis les composants �lectroniques de base (r�sistance, comparateurs) ainsi que les lois qui lient tension et courant (loi d'Ohm). Ces s�ances sont d'abord "dirigistes" pour les premi�res s�ances. Au fur et � mesure de l'ann�e elles deviennent plus g�n�rales et donnent plus de place � la r�flexion et � l'exp�rience (m�thodologie, investigation). Certaines questions sont assez difficiles, le professeur est toujours l� pour aider l'�l�ve � raisonner. Vous pouvez m'�crire � l'adresse e-mail pr�sente � chaque en-t�te des s�ances.

 

S�ance 1 : Intensit� dans un circuit �lectrique

 

Les �l�ves sortant de 3�me ont des niveaux diff�rents, tous n'ont pas eu l'occasion de manipuler les amp�rem�tres ou voltm�tres. Il s'agit ici, � travers un montage � ampoules, de savoir c�bler correctement un amp�rem�tre num�rique et de comprendre que l'affichage d'un r�sultat num�rique n'est pas garant d'une pr�cision absolue. Les paragraphes abord�s sont les suivants :

1. Objectif

2. Courant �lectrique et �clat d'une lampe

3. Mesure de l'intensit� d'un courant constant : l'amp�rem�tre.

4. Montage : utilisation de l'amp�rem�tre

5. Pr�cision d'un amp�rem�tre num�rique

6. La loi des n�uds en courant constant

7. Exercices r�capitulatifs.

 

S�ance 2 : Tension dans un circuit �lectrique

Apr�s avoir correctement c�bl� et compris la loi � laquelle ob�issent les courants constants, nous abordons les tensions avec des voltm�tres num�riques. Un rappel sur le calcul de la pr�cision est effectu�. La loi d'addition des tensions constantes est �tablie.

1. Objectif

2. Proc�dures de s�curit� (protection des biens et des personnes).

3. Mesure d'une tension.

4. Loi d'addition des tensions constantes (loi des mailles)

5. Exercice d'application : calcul de tension constante

6. Qualit� des g�n�rateurs de tension. Test de piles �lectriques.

7. Exercices r�capitulatifs.

 

S�ance 3 : D�couverte du composant "r�sistance" ; La loi d'Ohm

Maintenant que courant et tension sont deux grandeurs mesurables par les �l�ves, on va �tablir la loi d'Ohm pour une r�sistance. Les �l�ves devront, pour la premi�re fois, utiliser un logiciel de traitement de donn�es pour "mod�liser" sous forme de courbe, puis de loi, un composant dont les variables �lectriques sont entr�es au clavier (logiciel Regressi ici, mais �a peut se faire avec le logiciel Excel �galement).

1. Objectifs.

2. La loi d'Ohm.

3. L'ohmm�tre

4. Lampes � incandescence

5. Exercices r�capitulatifs

Annexe : notice Regressi adapt�e � cette s�ance

 

S�ance 4 : Utilisation des r�sistances

Les �l�ves apprennent ici l'utilit� des r�sistances, l'int�r�t de leur association. Les �l�ves vont d�couvrir les diodes et les diodes �lectroluminescente (DEL), sortes d'ampoules qui ne comporte ni filament (ampoules � incandescence) ni de gaz (tubes fluorescents). Le montage potentiom�trique est analys�. Un d�tecteur lumineux de polarit� de pile doit �tre imagin� par les �l�ves.

1. Objectifs

2. Introduction aux r�sistances

3. La s�rie E12

4. Association s�rie et parall�le

5. Alimentation d'une DEL

6. Et avec des ampoules de 3,5 et de 6 V ?

7. Exercices r�capitulatifs

 

S�ance 5 : Capteurs de temp�rature : la thermistance

Maintenant que la r�sistance est bien connue, on peut aborder la thermistance : r�sistance qui varie avec la temp�rature. Il s'agit ici d'une s�ance ax�e sur les capteurs et sur la conversion temp�rature > r�sistance > tension. Un nouveau composant est abord� : le comparateur de tension que l'on va utiliser comme alarme incendie (d�tecteur de surchauffe).

1. Objectifs.

2. Introduction aux capteurs

3. Etude de la variation de r�sistance en fonction de la variation de temp�rature

4. Conversion r�sistance > tension

5. Application : d�tecteur d'incendie

 

S�ance 6 : Histoire de l'ordinateur - la num�ration

Cette s�ance constitue la passerelle entre la s�ance pr�c�dente et la s�ance suivante (num�risation d'une tension). Elle est plut�t ludique pour les �l�ves qui doivent aller sur internet  t�l�charger l'application num.zip(287 ko) sur le site de Jean-Fran�ois Noblet et d�couvrir les diff�rentes fa�ons de compter et de repr�senter les nombres au cours de l'histoire. Le principe du calcul par boulier est abord�. Cette s�ance d�bouche sur le calcul binaire.

1. Objectifs.

2. La num�ration : historique et applications

3. Informatique

Correction de la s�ance.

 

S�ance 7 : Num�risation d'une tension

 

Cette s�ance constitue la cl� de vo�te de ces derni�res s�ances : il s'agit de comprendre le principe de num�risation d'une tension (le module d'acquisition et de num�risation Orphy est utilis� ici). Des fichiers Crocodile Clips permettent de comprendre la fa�on de num�riser une tension (avec affichage 7 segments d'abord puis avec affichage par code binaire naturel). L'accent est mis sur la compr�hension de la quantification. Les fichiers Crocodile Clips sont fournis aux �l�ves. L'aspect d�codage est livr� brut (ce n'est pas des bo�tes noires qui font tout "toute seules") il n'est pas expliqu� ici mais peut faire l'objet d'une s�ance suppl�mentaire sur les portes logiques.

1. Objectifs.

2. Num�risation d'une tension

3. Acquisition de tension

4. La conversion analogique > num�rique

5. Fr�quence d'�chantillonnage et r�solution

6. La conversion num�rique > analogique

 

logiciels et fichiers utilis�s :

 

wavnum.exe (JM Millet), CTN_Orphy GTS2 (version g�n�rique C. Pravda)

simulation d'un CAN sous Excel (P. Martin)

fichiers Crocodile Clips (C. Haouy)

 

Christophe Haouy


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