IMAGES MENTALES DES ENFANTS

Transcription

1 Mon cahier d expérience sur l air - je manipule. - j observe. - j écris ce que je vois. - je formule des hypothèses (réponses au pourquoi) sur ce que j ai constaté. IMAGES MENTALES DES ENFANTS : - Déplacement de l air - Respiration (? CE2 ) MATIERE INVISIBLE : Expériences qui le rendent visible. Expérience air au contact de l eau IL OCCUPE UN VOLUME : Expérience avec le verre renversé, transvasement. IL A UNE MASSE : Mettre en place des expériences où l air est pesé. L AIR? CONCLUSION : L air est un gaz. Il est invisible. Il est insaisissable. Il est incolore. IL PEUT EXERCER UNE FORCE : - Poussée de l air. - Résistance de l air. - Il est compressible. - Il est extensible. On peut se le représenter sous la forme du modèle particulier des gaz selon lequel l air est fait de petites particules invisibles, se déplacent à toute vitesse suivant des trajectoires rectilignes et donc les chocs correspondent à la pression. Attention! Se cantonner à des observations et des représentations macroscopiques. IL OCCUPE DE LA PLACE : - Mise en évidence de cette place par transferts d air. - Il occupe plus ou moins de place : - Dilatation et compression. - La combustion fait disparaître une partie de l air (oxygène). 4

2 L AIR. Contenu conceptuel et objectif Pistes de travail et activités Acquisitions L air existe, même s il est invisible, incolore, inodore. Nombreuses expériences montrant l existence de l air. Partir des représentations des élèves pour les amener à prendre conscience de l existence de l air et à donner quelques preuves de son existence. ι L air existe, il occupe une place. ι L air existe, il a une masse (il est aussi léger que l eau). ι L air existe, il a des propriétés - Résistance - Compressibilité - Déplacement De très nombreuses expériences sont possibles, quelques-unes sont détaillées ci après. Rendre les élèves capables : - de réaliser le montage - d observer les phénomènes - d interpréter les phénomènes - d émettre des hypothèses - de trouver des variables - d imaginer de nouvelles expériences - de schématiser et légender - de légender - d écrire des descriptions ou observations - des interprétations - des conclusions ι L air qui bouge peut exercer des forces ; Expériences et réalisations de dispositifs qui bougent avec l air : - moulins, bateaux (à voile, à ballon ) - parachute - fusée Tendre vers une maîtrise progressive du modèle particulaire des gaz et se servir de ce modèle pour comprendre les phénomènes. Être capable de réaliser différents dispositifs et d en comprendre le fonctionnement. 5

3 Hypothèse : L air existe, mais il est invisible. Question : Est-ce qu il y a quelque chose autour de nous? Expérience 1: aplatir un sac de plastique Je veux aplatir un sac de plastique. Je remarque que j ai du mal à mettre à plat. Je constate que quelque chose m en empêche : l air. Expérience 2: une éponge dans l eau Je plonge une éponge dans l eau. Je remarque que des bulles s en échappent. Je constate que l air s échappe sous forme de bulles visibles dans l eau Expérience 3 : une bouteille vide dans l eau Je plonge une bouteille vide dans l eau. Je remarque que des bulles s en échappent et que la bouteille se remplit à moitié d eau. Je constate que l air était dans la bouteille. Question : S il y a de l air, est-ce qu on peut le transvaser dans un récipient? Expérience 4 : le verre d eau, le verre d air Remarque : l eau du verre A est préalablement colorée avec du sirop Je place deux verres dans une bassine d eau les deux sont à l envers : l un est rempli d eau, et l autre est maintenu verticalement dans l eau. Je fais passer le contenu du verre B dans le verre A. Je constate que l air contenu dans la partie supérieure du verre B est passé dans le verre A : j ai vu les bulles chasser l eau colorée du verre A. L air prend la forme du récipient dans lequel on le met. Expérience 5: la bougie allumée. Remarque : l eau est préalablement colorée avec du sirop. Montrer auparavant que la flamme brûle en consommant l air Évaluation : Que peut-on faire pour faire monter et descendre de l eau dans une bouteille? MATERIEL : une bouteille, de l eau colorée, un tuyau souple, une bassine Expérience 1: le ballon de foot dégonflé, gonflé 6 Je place une bougie allumée dans un récipient avec un peu d eau. Je recouvre la bougie d un verre : la flamme s éteint au bout de quelques secondes. Je constate que l eau monte sensiblement à l intérieur du verre. Pourquoi? La flamme a consommé l air et l eau prend la place de l air. Il y a de l air dans ce qui paraît vide. Remarque : à cause de la dilatation de l air chaud, le niveau baisse, puis remonte. Conclusion : L air est invisible, l air est inodore ; L air est partout et il occupe de la place. Hypothèse : L air a une masse. Je pèse un ballon de foot peu gonflé, puis le même très gonflé. Je remarque que le ballon dégonflé est moins lourd que le ballon très gonflé : le déséquilibre est bien dû à l air ajouté. Avec une balance très précise, on pourrait même approcher la masse de cet air.

4 Conclusion :L air a une masse. Question : Si l air a une masse, est-ce qu il a de la force? Est-ce qu il a plus de force s il prend plus de place, s il est plus volumineux Hypothèse : L air existe et il occupe de la place Expérience 1 : les 2 bouteilles Je veux boucher une bouteille d eau remplie à ras bord et une bouteille d air. Je remarque que je ne peux pas enfoncer le bouchon de la bouteille d eau, mais que je peux enfoncer le bouchon de la bouteille d air. Je constate que l air ne m empêche pas d enfoncer le bouchon, pourtant je sais qu il existe. Question : Est-ce que l air occupe toujours la même place ou est-ce qu il s en va et laisse la place? Expérience 2 : Les seringues J ai deux seringues de 20 ml, l une remplie d eau, l autre remplie d air. Je bouche avec mon pouce les embouts des seringues et j appuie sur le piston. Je remarque que je ne peux pas enfoncer le piston de la seringue d eau mais que je peux enfoncer le piston de la seringue d air jusqu à la gradation 5 ml. Je constate que l air prend une place plus petite, qu il se comprime jusqu à un certain point. Lorsque je lâche mon pouce l air est expulsé Question : Est-ce que l air diminue, rétrécit, change de taille? Expérience 3 : la membrane Je place une membrane de cellophane sur une bouteille coupée en deux. J enfonce verticalement la bouteille dans une bassine remplie d eau. Je remarque qu au fur et à mesure que j enfonce la bouteille, elle se dégonfle. Je constate que l air pousse la membrane et qu il n a pas diminué de volume mais qu il exerce une force parce qu il occupe de la place. Question : Pourquoi parfois l air change de volume et d autre fois il résiste, exerce une force? Expérience 4 : le mouchoir en papier Question : Dans quelles circonstances, l air change de volume? Expérience 5 : la bouteille d air dans l eau chaude, dans l eau froide. Évaluation Que peut-on faire pour faire gonfler et dégonfler un ballon fixé sur le goulot d une bouteille? 7 Je place dans un verre un mouchoir en papier et je veux enfoncer le verre dans l eau contenue dans une bassine bien verticalement pour ne pas faire partir l air. Je remarque que le mouchoir n est pas mouillé lorsque je retire le verre de l eau. Je constate que l air n est pas parti car il n y avait pas de bulles et qu il a protégé le mouchoir de l eau. Un peu d eau a pénétré dans le verre et l air s est comprimé en appuyant, en exerçant une force sur le mouchoir. Je plonge une bouteille vide dans l eau très chaude. Et je referme vite la bouteille avec de l air à l intérieur. Je plonge ensuite la bouteille dans de l eau froide. Je remarque que la forme de la bouteille change, qu elle «rétrécit», qu elle se contracte. Je constate que l air dans la bouteille n occupe pas la même place lorsqu il est chaud ou froid. Il augmente de volume lorsqu il est chauffé. Conclusion : L air existe et occupe une place. La quantité d air ne varie pas mais la place qu il occupe varie selon qu il est comprimé, chaud ou froid.

5 MATERIEL :une bouteille, un ballon, un Thermos d eau chaude, une bassine d eau froide Hypothèse : L air a une force Expérience 1 : la bouteille, l entonnoir et la paille (serrure à air) Je prends une bouteille et j enfonce un entonnoir. Pour bien fermer, je mets de la pâte à modeler entre entonnoir et goukot de bouteille. Je verse de l eau dans l entonnoir. Je remarque que l eau reste dans l entonnoir et qu elle ne s écoule pas ou très peu. Je mets une paille dans le trou de l entonnoir et l eau s écoule rapidement. Je constate que l air par la place qu il occupe dans la bouteille empêche l eau de s écouler. Lorsque la paille est dans l entonnoir, elle laisse s échapper de l air qui oppose moins de résistance donc de force et l eau peut occuper la place. Expérience 4 : Le ballon éclaté Je gonfle un ballon avec une pompe. Je remarque que le ballon éclate. Je constate que l air contenu dans le ballon a appuyé sur les parois et qu'il a fait éclater le ballon lorsque l espace est devenu trop petit pour lui. L air exerce une résistance lorsqu il occupe de la place, une force lorsqu il est comprimé ou lorsqu il change de volume. Question : Est-ce que l air qui est autour de nous exerce une force? Expérience 1 : Le pot de verre et le carton. Je prends un petit pot en verre. Je le remplis à ras bord. Je plaque un carton sur le pot et je renverse le pot. Je remarque que le carton ne tombe pas et que l eau ne coule pas. Je constate que l air sous le carton exerce une force et empêche le carton de tomber. Expérience 3 : le tube en plastique bouché aux deux extrémités. J ai un tube de plastique avec deux bouchons de mousse. Je pousse avec une règle un bouchon à une extrémité et à moitié du tube, l autre bouchon gicle d un coup en faisant un petit bruit. Je constate que, quelque chose, l air comprimé, a poussé le bouchon avec force. - Comment la force de l air est-elle utilisée dans la vie courante? Le déplacement d air : - Les éoliennes. - Le moulin à vent (voir construction du moulinet) - La voile (bateau). L air porteur : - Le pneu - Le planeur, l avion - Le parachute - L hydroglisseur Évaluation : Fabrication d un moulinet Fabrication d un parachute ou d une montgolfière 8

6 Je plonge une bouteille vide dans l eau très chaude. Et je referme vite la bouteille avec de l air à l intérieur. Je plonge ensuite la bouteille dans de l eau froide. Je remarque que la forme de la bouteille change, qu elle «rétrécit», qu elle se contracte. Je constate que l air dans la bouteille n occupe pas la même place lorsqu il est chaud ou froid. Il augmente de volume lorsqu il est chauffé. 9