Loi d'Ohm : plan de leçon avec un labo virtuel
Mis à jour le 2026-10-02
Ce plan de leçon sur la loi d'Ohm utilise un laboratoire virtuel gratuit pour que chaque élève mesure l'intensité, la tension et la résistance en une seule séance, sans caisse de multimètres qui indiquent zéro à cause d'un fil mal serré. Les élèves prédisent, recueillent des mesures, tracent l'intensité en fonction de la tension, trouvent la résistance à partir de la pente, puis testent ce qui se passe quand la résistance change. Tout est prêt à l'emploi : objectifs d'apprentissage, préparation, questions de prédiction, une activité pas à pas avec des tableaux de mesures et les valeurs que les élèves doivent obtenir, des questions de discussion avec leurs réponses, un prolongement sur les circuits en série et en dérivation, et des idées de différenciation. Tous les nombres proviennent du modèle de la simulation elle-même.
La leçon en un coup d'œil
- Niveau : de la 4e à la 2de (13 à 16 ans), physique-chimie ou physique d'initiation.
- Durée : une séance de 50 à 60 minutes, plus un prolongement facultatif de 20 minutes.
- Prérequis : le courant comme circulation de charges, la tension comme la poussée d'une pile, l'ampèremètre et le voltmètre, la lecture d'un graphique.
- Format : en binômes sur ordinateurs portables, tablettes ou téléphones, ou classe entière avec un seul vidéoprojecteur.
- Simulation : Loi d'Ohm – tension, intensité et résistance. Prolongement : kit de construction de circuits en courant continu.
Objectifs d'apprentissage
À la fin de la leçon, les élèves savent :
- Énoncer que, pour une résistance fixe, l'intensité est proportionnelle à la tension.
- Énoncer que, pour une tension fixe, l'intensité est inversement proportionnelle à la résistance.
- Tracer un graphique intensité–tension et trouver la résistance à partir de sa pente (pente = 1/R).
- Utiliser U = RI, transformée si nécessaire, et convertir entre ampères et milliampères.
- (Prolongement) Mesurer l'intensité et la tension dans des circuits en série et en dérivation.
Ce que fait la simulation
La simulation montre une boucle simple : une rangée de piles de 1,5 V, une résistance et un ampèremètre. Deux curseurs règlent la tension, de 0,1 à 9,0 V par pas de 0,1 V, et la résistance, de 10 à 1 000 Ω par pas de 1 Ω. L'intensité est calculée avec I = U/R et affichée en milliampères avec une décimale. Les valeurs par défaut sont 4,5 V et 500 Ω, qui donnent 9,0 mA.
Quelques détails à connaître avant la classe :
- Notation. La simulation note la tension U, comme la plupart des manuels français. Certains manuels, surtout anglo-saxons, écrivent V = IR. Dites aux élèves qu'il s'agit de la même grandeur.
- Repères visuels. Les lettres de U = I · R grossissent et rapetissent avec leurs valeurs, une pile apparaît pour chaque tranche de 1,5 V (jusqu'à six piles), la résistance reçoit plus de « points d'impuretés » quand R augmente, et les charges se déplacent plus vite quand l'intensité augmente.
- Noter les mesures. Noter la mesure ajoute au tableau la valeur actuelle de U, R et I et place le point sur un graphique de I (mA) en fonction de U (V). Le tableau contient 10 lignes ; la onzième repousse la plus ancienne. Effacer le tableau le vide.
- Échelle du graphique. Le graphique intégré va de 0 à 1 000 mA, donc des intensités de quelques milliampères sont collées à l'axe. C'est pourquoi cette leçon utilise de petites résistances de 10 à 200 Ω.
Matériel et préparation avant la classe
Matériel : un appareil par binôme (ou un vidéoprojecteur), les tableaux ci-dessous sur papier, du papier millimétré ou un tableur, et une calculatrice.
Préparation (10 minutes, une seule fois) :
- Ouvrez la simulation et réglez U = 1,5 V et R = 20 Ω.
- Cliquez sur Partager et créez un lien pour chaque classe, par exemple « Sciences · 4e B ». Le lien fixe ces valeurs de départ, donc chaque élève commence au même endroit.
- Facultatif : dans l'onglet Questions, ajoutez les trois prédictions ci-dessous en « Avant, comme prédiction », avec Reposer la question après la simulation coché. La simulation reste verrouillée tant que chaque élève ne s'est pas engagé. Voir le guide Prédire–Observer–Expliquer pour comprendre pourquoi cela fonctionne.
- Publiez le lien, ou ouvrez-le en mode présentation et montrez le QR code.
Déroulé de la leçon
1. Accroche et prédictions (8 minutes)
Projetez la simulation avec les valeurs par défaut et faites glisser lentement le curseur de tension vers le haut et vers le bas. Demandez aux élèves ce qu'ils remarquent sur les charges en mouvement et sur la lettre I. Faites-leur ensuite s'engager sur trois prédictions, sur papier ou sur le lien :
- P1. « La tension aux bornes d'une résistance double de 3,0 V à 6,0 V. L'intensité… est divisée par deux / reste la même / double / quadruple. »
- P2. « La tension reste à 6,0 V et la résistance passe de 20 Ω à 60 Ω. L'intensité… triple / reste la même / tombe au tiers / diminue de 40 mA. »
- P3. « Prédisez l'intensité, en mA, pour 9,0 V aux bornes de 10 Ω. »
Attendez-vous à « diminue de 40 mA » de la part des élèves qui pensent en soustraction, et à 0,9 pour P3 de la part de ceux qui oublient de convertir en milliampères. Les réponses sont : double, tombe au tiers, et 900 mA.
2. Intensité et tension : recueillir des mesures (15 minutes)
Les binômes gardent R = 20 Ω et règlent U sur chaque valeur du tableau, en appuyant sur Noter la mesure à chaque fois. Ils passent ensuite R à 50 Ω et recommencent. Le tableau de la simulation se remplit ainsi avec exactement 10 lignes. Les élèves recopient chaque mesure dans leur propre tableau, car le tableau intégré supprime les anciennes lignes. La dernière colonne est pour vous ; laissez-la vide sur la copie des élèves.
| R (Ω) | U (V) | Piles affichées | I (mA) | I attendue (mA) |
|---|---|---|---|---|
| 20 | 1,5 | 1 | 75,0 | |
| 20 | 3,0 | 2 | 150,0 | |
| 20 | 4,5 | 3 | 225,0 | |
| 20 | 6,0 | 4 | 300,0 | |
| 20 | 7,5 | 5 | 375,0 | |
| 50 | 1,5 | 1 | 30,0 | |
| 50 | 3,0 | 2 | 60,0 | |
| 50 | 4,5 | 3 | 90,0 | |
| 50 | 6,0 | 4 | 120,0 | |
| 50 | 7,5 | 5 | 150,0 |
La simulation calcule I = U/R exactement, donc les mesures doivent coïncider jusqu'au dernier chiffre. Si les nombres d'un binôme sont décalés, le curseur est presque toujours à un cran de la valeur visée. Sur ordinateur, cliquez sur un curseur et utilisez les touches fléchées pour avancer d'un cran.
Demandez aux binômes d'écrire deux régularités. Bonnes réponses : « Quand U double, I double » et « Avec 50 Ω, l'intensité est toujours 2,5 fois plus petite qu'avec 20 Ω. »
3. Tracer l'intensité en fonction de la tension (10 minutes)
Les élèves placent I (mA) sur l'axe vertical et U (V) sur l'axe horizontal, avec les deux résistances sur un même graphique. Une échelle de 0 à 400 mA convient bien. Le graphique de la simulation montre les mêmes points, écrasés au bas d'un axe de 0 à 1 000 mA.
Les deux séries de points forment des droites passant par l'origine. Trouvez maintenant les pentes :
- 20 Ω : pente = 375,0 mA ÷ 7,5 V = 50 mA/V = 0,050 A/V. Puis 1 ÷ 0,050 = 20 Ω.
- 50 Ω : pente = 150,0 mA ÷ 7,5 V = 20 mA/V = 0,020 A/V. Puis 1 ÷ 0,020 = 50 Ω.
L'idée clé : la pente d'un graphique I–U vaut 1/R, donc une droite plus raide signifie une résistance plus petite. Les élèves qui convertissent la pente en A/V avant d'inverser retrouvent exactement la résistance. Ceux qui oublient la conversion obtiennent 0,02 ou 0,05 Ω, une erreur utile à discuter.
4. Intensité et résistance (8 minutes)
Les binômes appuient sur Effacer le tableau, règlent U = 6,0 V et relèvent l'intensité pour chaque résistance. Valeurs attendues :
| R (Ω) | 10 | 20 | 30 | 60 | 100 | 200 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| I (mA) | 600,0 | 300,0 | 200,0 | 100,0 | 60,0 | 30,0 |
| I × R (V) | 6,0 | 6,0 | 6,0 | 6,0 | 6,0 | 6,0 |
Faites ajouter la dernière ligne par les élèves eux-mêmes (en convertissant d'abord les mA en A). Le produit vaut toujours 6,0 V : l'intensité et la résistance sont inversement proportionnelles. Vérifiez P2 : de 20 Ω à 60 Ω, l'intensité passe de 300 mA à 100 mA, soit le tiers, et non 40 mA de moins.
5. Vérification de sortie (5 minutes)
Trois questions rapides, sur papier ou sous forme de questions numériques sur le lien :
- « Un circuit a 7,2 V aux bornes de 40 Ω. Quelle est l'intensité ? » Réponse : 180 mA (acceptez ± 1).
- « Un élève mesure 4,8 V et 160 mA. Quelle est la résistance ? » Réponse : 30 Ω. Les élèves peuvent le vérifier : 4,8 V et 30 Ω donnent 160,0 mA.
- « Quelle résistance donne 250 mA sous 5,0 V ? » Réponse : 20 Ω.
Le guide de l'évaluation formative montre comment les configurer pour qu'elles soient corrigées automatiquement et comparées entre classes.
Questions de discussion et réponses
Utilisez-les avec toute la classe après l'étape 4.
- Pourquoi le graphique I–U passe-t-il par l'origine ? Sans tension, il n'y a pas de poussée, donc pas de courant. Avec la résistance fixée, l'intensité est proportionnelle à la tension, et un graphique de proportionnalité est une droite passant par l'origine.
- Que dit une droite plus raide ? Une résistance plus petite. La pente vaut 1/R : la droite de 20 Ω monte de 50 mA par volt et celle de 50 Ω de seulement 20 mA par volt.
- Réglez 3,0 V avec 20 Ω, puis 6,0 V avec 40 Ω. Que remarquez-vous ? Les deux donnent 150 mA. Doubler à la fois U et R laisse l'intensité inchangée, puisque I = U/R.
- Le courant est-il consommé par la résistance ? Non. L'intensité est la même tout le long d'une boucle unique. La résistance réduit l'intensité partout dans la boucle, pas seulement après elle. Le prolongement permet aux élèves de le tester avec deux ampèremètres.
- Quelle est la plus grande intensité possible dans ce circuit ? 9,0 V aux bornes de 10 Ω donnent 900 mA. Une vraie résistance de 10 Ω chaufferait : elle dissipe P = UI = 9,0 × 0,9 = 8,1 W.
Revenez ensuite aux prédictions. Si vous avez utilisé le lien, ouvrez Voir les réponses et montrez côte à côte les colonnes Prédiction et Après. Les élèves aiment voir combien d'avis ont changé, surtout pour P2.
Prolongement : série et dérivation avec le kit de circuits en courant continu
Pour une seconde séance ou pour les élèves rapides, passez au kit de construction de circuits. Sur son écran Introduction, chaque pile fait 9 V et chaque résistance et chaque ampoule 10 Ω, donc les nombres se relient directement à la simulation de la loi d'Ohm : 9,0 V aux bornes de 10 Ω y donnaient 900 mA.
Les élèves montent chaque circuit à partir de la boîte à gauche, puis touchent un composant pour voir sa tension et son intensité, ou font glisser le voltmètre et l'ampèremètre depuis le plateau. Pour gagner du temps de montage, fixez sur un lien le circuit de départ « Deux ampoules en série » ou « Deux ampoules en dérivation ».
| Circuit (pile de 9 V, 10 Ω chacune) | Intensité dans la pile | Intensité dans chaque composant | Tension aux bornes de chaque composant |
|---|---|---|---|
| Une résistance | 900 mA | 900 mA | 9,00 V |
| Deux en série | 450 mA | 450 mA | 4,50 V |
| Deux en dérivation | 1,80 A | 900 mA | 9,00 V |
Questions à poser :
- « Deux résistances de 10 Ω en série se comportent comme une résistance de quelle valeur ? » 20 Ω : 9 V ÷ 0,45 A. Vérifiez dans la simulation de la loi d'Ohm : 9,0 V et 20 Ω donnent 450,0 mA.
- « Deux en dérivation se comportent comme quoi ? » 5 Ω : 9 V ÷ 1,8 A. C'est en dessous du minimum de 10 Ω de la simulation de la loi d'Ohm, un bon rappel que l'ajout d'une branche en dérivation diminue la résistance totale.
- « Placez l'ampèremètre sur le fil avant la première résistance puis après la seconde. Que voyez-vous ? » Les mêmes 450 mA, ce qui répond à la question de discussion 4.
Sur l'écran Laboratoire, les élèves peuvent régler eux-mêmes les valeurs. Une résistance de 10 Ω et une de 20 Ω en série sous 9 V donnent 300 mA, avec 3,00 V et 6,00 V à leurs bornes : la plus grande résistance prend la plus grande part de la tension. Les deux mêmes résistances en dérivation débitent 900 mA et 450 mA, soit 1,35 A au total.
Différenciation
Soutien :
- Donnez le tableau avec U et R déjà remplis, pour que les élèves n'aient qu'à lire et noter l'intensité.
- N'utilisez que la série à 20 Ω à l'étape 2.
- Donnez des amorces de phrases : « Quand la tension double, l'intensité… »
- Associez les élèves pour que l'un manipule les curseurs et l'autre note, puis échangez pour l'étape 4.
Approfondissement :
- Trouver R à partir de la pente avant de le lire sur le curseur, puis expliquer pourquoi la conversion de mA en A compte.
- Prédire tout le tableau de l'étape 4 avec I = U/R avant de mesurer.
- Sur l'écran Laboratoire du kit, cocher Ampoules réelles (la résistance augmente quand l'ampoule chauffe), mesurer l'intensité d'une ampoule à deux tensions, et expliquer pourquoi son graphique I–U n'est pas une droite.
- Explorer la résistance interne avec la loi d'Ohm pour un circuit fermé.
Élèves allophones : la simulation est disponible en six langues. Créez un second lien dans la langue de l'élève pour que les libellés lui soient familiers pendant que la discussion reste en français.
Lien avec les référentiels
Cette leçon s'inscrit dans les unités d'électricité habituelles du collège et du lycée sur l'intensité, la tension et la résistance, comme le thème de l'électricité du GCSE Physics (Royaume-Uni) ou un cours de physique d'initiation au lycée. Les NGSS (normes américaines) n'ont pas d'attente de performance dédiée à la loi d'Ohm, donc nous n'en revendiquons aucune. La leçon mobilise en revanche trois pratiques des NGSS : planifier et mener des investigations, analyser et interpréter des données, et utiliser les mathématiques et la pensée computationnelle.
Pour un compte rendu de TP complet, consultez comment créer une activité de laboratoire virtuel. Pour d'autres idées sur les circuits, consultez des idées de leçons de physique interactives.
Questions fréquentes
Pourquoi la simulation utilise-t-elle U et non V pour la tension ?
U est le symbole habituel de la tension en France et dans une grande partie de l'Europe. La loi est la même : U = RI et V = IR décrivent la même relation. Prévenez les élèves avant qu'ils ne commencent.
Pourquoi les intensités sont-elles affichées en milliampères ?
Avec des résistances allant jusqu'à 1 000 Ω, la plupart des intensités sont bien inférieures à un ampère. Les milliampères gardent des nombres lisibles. Rappelez aux élèves que 1 A = 1 000 mA avant qu'ils ne calculent une résistance.
Les élèves peuvent-ils faire cette leçon sur téléphone ?
Oui. Les élèves ouvrent le lien sans compte, et les curseurs fonctionnent sur les écrans tactiles. Une tablette ou un ordinateur portable facilite le réglage des valeurs exactes et la lecture du tableau.
La simulation montre-t-elle des composants non ohmiques ?
Non. Sa résistance obéit toujours à la loi d'Ohm. Pour un composant dont la résistance change, utilisez l'option des ampoules réelles sur l'écran Laboratoire du kit de circuits.