Circuits électriques alimentés par des piles

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1 MODULE Cycle : II /III Classe: CE1/CE2 Programme Compétences visées ELECTRICITE Monde construit par l homme Circuits électriques alimentés par des piles Faire briller une ampoule dans un circuit électrique constitué d une chaîne continue de conducteurs et d une pile. Savoir que si cette chaîne est interrompue, l ampoule ne brille plus. Réaliser un montage qui permet de classer différents matériaux en 2 catégories : conducteurs et isolants. 12 lampes de poche 12 ampoules 3.5 V en bon état 12 piles plates 4.5 V 8ampoules3.5V«grillées» 12 piles plates usagées 4.5 V 8 porte-ampoules des fils électriques des trombones des pinces crocodiles petit matériel ( scotch, ciseaux, ) différents objets conducteurs et non conducteurs ( crayon, gomme, compas, stylo bille, chiffon, craie, trousse, lunettes.) des attaches parisiennes Conditions de réalisation Salle de classe Nombres de séances Séance 1 : dépanner une lampe de poche (1) Séance 2 : dépanner une lampe de poche (2) Séance 3 : allumer une ampoule avec une la pile (1) Séance 4 : allumer une ampoule avec une la pile (2) Séance 5 : circuit ouvert, circuit fermé (conducteurs et isolants) (1) Séance 6 : circuit ouvert, circuit fermé (conducteurs et isolants) (2) Séance 7 : circuit ouvert, circuit fermé (l interrupteur) Bibliographie pour le maître. - Piles, Ampoules, Boussoles. Tavernier Bordas - Sciences Physiques et Technologie Cycle des apprentissages fondamentaux. CRDP Pays de la Loire - Risquer n est pas jouer : électrisation ( vidéo CNDP- CRDP Strasbourg) - Pour connaître les Sciences. Hachette.

2 SEANCE 1 : dépanner une lampe de poche (1) Savoir repérer les causes de dysfonctionnement dans un circuit électrique simple ou dans un objet alimenté par des piles. Etre capable dans un cas simple d élaborer un diagnostic de panne en hiérarchisant les tests. Amener l élève à verbaliser son diagnostic et de mettre en évidence les causalités qu il repère Justifier son choix. Vocabulaire introduit Pile, ampoule, contacts Salle de classe Par 2, individuel, collectif 45 min - Pour 2 élèves une lampe de poche avec 1 ou 2 pannes (ampoule grillée, pile usée) - Une boîte magasin avec matériel certifié en bon état (piles et ampoules) gérée par l enseignant - Le cahier d expériences - Papier affiche- gros feutres Travail en binôme : mise en évidence d un problème Déroulement : - Organiser la phase d exploration : - Distribuer le matériel aux binômes. - Laisser le temps d une manipulation libre. - Centraliser les remarques diverses : «ça ne marche pas! Elle ne s allume pas! Elle est cassée!» Phase collective - mise en commun des observations - collecte des hypothèses - Formulation collective du problème rencontré : «la lampe ne s allume pas. Pourquoi la lampe ne s allume- t elle pas?» - Emission d hypothèses par les enfants et notation des propositions au tableau. les piles sont hors d usage. Il n y a pas de contact. L ampoule est hors d usage Phase individuelle - d un écrit vérifiant les hypothèses, chaque élève réalise une trace commune au groupe. - Les élèves utilisent les pages jaunes du classeur (rappel des consignes, date, propreté). Ils écrivent leur démarche (ce que je cherche, ce que je pense, ce que je fais). Ce que je cherche : écrit au tableau : c est le problème Ce que je pense : choix parmi les propositions d hypothèses du 1) Ce que je fais : montage qu ils choisissent de réaliser avec prévision du matériel.

3 Travail en binôme - Distribuer le matériel demandé par chacun des groupes. - La possibilité est donnée d ouvrir de la lampe afin d observer les différentes parties et de changer les piles ou l ampoule. - Laisser les groupes manipuler et vérifier leurs hypothèses. - Rappeler qu à l issue de l expérience, les élèves écriront ce qu ils ont observé et les conclusions qu ils en tirent. ( sur papier affiche et avec gros feutres car pour présentation aux autres). Cette trace doit comporter : ce que j observe, ce que je peux dire. Ils ont la possibilité de : proposer une nouvelle expérience pour vérifier la même hypothèse si l analyse de la manipulation ne s avère pas concluant. choisir une nouvelle hypothèse et un nouveau montage si l analyse des résultats de la manipulation ne s avère pas concluante. Le mot du maître : La notion de contact peut ne pas apparaître. On peut proposer des lampes dans lesquelles le contact ne s effectue pas.

4 SEANCE 2 : dépanner une lampe de poche (2) Savoir repérer les causes de dysfonctionnement dans un circuit électrique simple ou dans un objet alimenté par des piles. Etre capable dans un cas simple d élaborer un diagnostic de panne en hiérarchisant les tests. Imaginer et réaliser un dispositif susceptible de répondre aux questions que l on se pose. Faire une représentation schématique et l interpréter. Vocabulaire introduit Pile, ampoule, contacts Salle de classe Groupes, individuel, collectif 45 min - Pour 2 élèves une lampe de poche avec 1 ou 2 pannes (ampoule grillée, pile usée) - Une boîte magasin avec matériel certifié en bon état (piles et ampoules) gérée par l enseignant - Le cahier d expériences - Papier affiche- gros feutres Phase collective : mise en commun - débat - Rappeler le problème posé et les hypothèses émises. - A partir de l affichage des travaux, confronter les productions en dégageant : Les stratégies de résolution du problème posé Les représentations proposées Les erreurs possibles Les solutions envisagées - Synthèse : élaborer la trace écrite collective en rappelant le problème de départ rappelant les manipulations effectuées sous forme de o Phrases o Schémas ( élaborés par les enfants) o Travail de groupes L absence de contact peut poser problème aux groupes concernés. - Faire observer deux lampes pour résoudre cette difficulté. - Proposer de comparer deux lampes ouvertes, l une fonctionnant, l autre non faute de contact. - Mettre en discussion et éliminer les causes de pannes connues : piles hors d usage, ampoule - Par manipulation, parvenir à la conclusion que l absence de contact peut être une cause de panne.

5 Phase individuelle - L ensemble est recopié sur feuille blanche pour le classeur d expériences. Ex : Problème posé : Pourquoi l ampoule ne s allume- t elle pas? Hypothèse proposée : l ampoule est hors d usage. Expérience proposée : Rechercher dans la boîte magasin avec matériel certifié en bon état une ampoule, la placer dans le dispositif. Ce que nous pouvons dire : - Ce qu il faut retenir : Pour qu une lampe éclaire, il faut un générateur (la pile), un récepteur (l ampoule), des contacts entre les éléments. ( + schémas) - Lister les différentes causes de panne ( ampoules, piles, problèmes de contact,.)

6 SEANCE 3 : allumer une ampoule avec une la pile (1) Etre capable de faire briller une ampoule dans un circuit, en reliant une pile à une chaîne continue de conducteurs. Savoir que si cette chaîne est interrompue, l ampoule ne brille pas. Faire une représentation schématique et l interpréter. Réaliser un compte rendu scientifique succinct. Vocabulaire introduit Pile, ampoule, contacts Salle de classe binôme, individuel, collectif 30 min - Pour 2 élèves une lampe de poche avec 1 ou 2 pannes (ampoule grillée, pile usée) - Une boîte magasin avec matériel certifié en bon état (piles et ampoules) gérée par l enseignant - Le cahier d expériences - Papier affiche- gros feutres Travail en binôme - Validation du effectué - Distribuer à l ensemble des binômes des lampes de poche en bon état de marche. Phase 1 : Mettre en panne Consigne : les mettre en panne. Ecrire et / ou dessiner sur une feuille la panne réalisée. Phase 2 : retrouver la panne Echange des lampes de poche entre les binômes. Consigne : trouver la panne réalisée par les camarades. Ecrire et / ou dessiner le montage réalisé pour remettre la lampe de poche en bon état de fonctionnement. Mise en commun Phase 3 : confrontation - Rappeler la consigne de départ. - Confronter les productions écrites des groupes Phase 1 et Phase 2. - Valider par observation des résultats : les lampes fonctionnent ou ne fonctionnent pas. Annexes ( les indiquer si il y en a ) Phase individuelle - Elaborer la synthèse des manipulations réalisées sur le cahier de sciences (feuille blanche)

7 SEANCE 4 : allumer une ampoule avec une pile (2) - découvrir les bornes ( points de contact électrique) d une pile et d une ampoule. - Etre capable de mettre en évidence qu une pile a deux bornes et que le fonctionnement de certains récepteurs est affecté par le sens de leur branchement aux bornes de la pile. Vocabulaire introduit Bornes (+ et-), plot, culot, globe en verre, filament -Utiliser une démarche expérimentale (ici tâtonnement ). -Schématiser (apprendre à écrire et à décrire ce qui a été réalisé expérimentalement). classe groupe de 2 classe 1heure Une pile et une ampoule par groupe de 2 Le classeur de sciences Déroulement : Phase collective - Mise en place du problème par le maître (collectif et par 2) : Consigne : «Nous n avons pas de lampe de poche, comment faire de la lumière avec une pile et une ampoule?» - Recueillir les premières solutions données par les élèves. Phase de recherche - Noter sur leur feuille jaune (dessin, texte ), le dispositif prévu pour chaque binôme. - Analyser les solutions pour allumer l ampoule avec le maître. - Laisser procéder les élèves par tâtonnements. Ils manipulent la pile et l ampoule. Mise en commun :débat collectif - Un groupe vient exposer son (schémas, conclusions). Les autres écoutent et argumentent à leur tour. L enseignant introduit les termes de vocabulaire : bornes + et -, plot, culot. - Dessiner le résultat d un groupe qui n a effectué qu un seul contact. Les élèves commentent et concluent qu il faut bien un double contact pour que l ampoule s allume. Synthèse : élaboration de la trace écrite collective - L enseignant écrit au tableau la synthèse réalisée avec les élèves. - Le résumé est recopié sur la feuille blanche : - Les parties suivantes sont mentionnées : ce que nous cherchons(problème), ce que nous pouvons dire : Pour allumer une ampoule avec une pile, il faut un double contact entre les bornes de la pile et le culot et le plot de l ampoule. - Insister sur la schématisation et distribuer une fiche photocopiée avec le vocabulaire introduit.

8 SEANCE 5 : circuit ouvert, circuit fermé (conducteurs et isolants) - Etre capable de réaliser un circuit électrique fermé - Savoir réaliser un montage qui permet de classer les différents matériaux en deux catégories : conducteurs et isolants. Vocabulaire Conducteur, isolant, circuit fermé - Faire une représentation schématique et l interpréter. classe Groupe de 2 et collectivement 1h -une pile et une ampoule par groupe de deux -des fils électriques - des fils de toutes sortes (laine, cordelette, bandes de papier aluminium. -le classeur de science Déroulement Phase collective - Rappeler la séance précédente et les notions abordées. - Mettre en place le nouveau problème à résoudre : «Comment allumer l ampoule si elle se trouve loin de la pile?» (En rapport avec une intervention d un élève qui fait remarquer à la classe que les générateurs d énergie se trouvent loin de la maison ) Travail de groupes - Laisser les enfants explorer la situation par groupe de 2 - Sur une feuille jaune, les élèves prévoient leur dispositif en suivant les étapes de la démarche. Ils doivent préciser s il faut d autres matériels. Le maître vérifie la démarche et donne la matériel demandé. Des fils de toutes sortes sont mis à la disposition des élèves. Les présenter. - Les montages sont réalisés puis observés et analysés en fonction du problème de départ. - Les premiers résultats sont rédigés par écrit. Mise en commun - Rappeler le problème posé. - Un groupe d élève schématise au tableau le résultat de sa recherche et l explique (réinvestissement des notions et du vocabulaire déjà vus dans les séances précédentes). - Faire présenter par quelques groupes des montages réalisés et analyser les résultats et constats effectués. - Confronter les dispositifs obtenus et favoriser les émissions d hypothèses pour expliquer les montages qui ne fonctionnent pas. Synthèse collective - Elaboration de la trace écrite : réalisation d un tableau récapitulatif.

9 Matériau Fil de laine Fil électrique... Résultat obtenu La lampe s allume non oui - Après observation de ce tableau, mettre en évidence les matériaux permettant à l ampoule de s allumer - Rédiger la trace écrite avec le schéma de montage. - Introduire la notion de circuit électrique fermé. Le mot du maître : - Le problème du contact peut réapparaître. Il peut être neutralisé en rappelant le effectué en séance précédente.

10 SEANCE 6 : circuit ouvert, circuit fermé (conducteurs et isolants) (2) Savoir réaliser un montage qui permet de classer les différents matériaux en deux catégories : conducteurs et isolants. Savoir réaliser un circuit fermé. Vocabulaire introduit isolant et conducteur, douille utiliser une démarche d investigation utiliser un protocole expérimental pour tester des objets schématisation classe Groupe de 2 1h porte-ampoule et pile 2 fils électriques avec pinces crocodiles attache-parisienne ciseaux bande de papier aluminium crayon de couleur aiguise-crayon règle gomme cordelette ou brin de laine Déroulement : Phase collective - Afficher au tableau les montages réalisés lors de la séance précédente. - Procéder à l analyse du tableau de synthèse, rappeler que les matériaux métalliques laisse passer le courant. Travail de groupes : mise en place d un protocole de validation - Faire formuler le problème : Quels sont les objets qui laissent passer l électricité? (le matériel est préalablement présenté sur un table collective). - Tâche de prévision : sous forme de tableau, les enfants prévoient les objets qui seront testés et le résultat attendu (feuille jaune). - Tâche de vérification : imaginer un dispositif permettant de mettre en évidence le pasage ou non du courant (feuille jaune). - Tester les objets et compléter le tableau : matériaux Fils de laine aluminium.. Je pense qu il laisse passer le courant Je vérifie Je pense qu il ne laisse pas passer le courant Je vérifie oui oui

11 Mise en commun et synthèse collective - Afficher les dispositifs élaborés par les élèves ainsi que les résultats consignés dans les tableau. - Confronter les résultats et débattre de : la pertinence des montages (toutes les règles vues ont-elles été prises en compte) les sources d erreurs possibles sont elles évitées? (contact isolant manipulation..) rappel de la notion de circuit fermé mettre en évidence la double fonction de la douille : tenir l ampoule (support) et laisser passer le courant. - Elaboration d un écrit de synthèse notant : les différents éléments d un circuit La notion de circuit fermé la notion de conducteur et d isolant. Exemple : Sur feuille blanche : Ce que nous pouvons dire : Certains objets ne laissent pas passer l électricité, on les appelle des isolants. Certains objets laissent passer l électricité, on les appelle des conducteurs. Ces sont des métaux. Le mot du maître : - les groupes qui ont terminé à l avance pourront tester d autres objets - on peut effectuer cette séance et la séance suivante sans porte-ampoules - certains groupes ont trouvé que la règle (en plastique) était un isolant alors que d autres l ont placée dans les conducteurs (règle en fer). Ces différents résultats ont permis un débat et l élaboration d une conclusion. -Prolongements proposés (à l oral) Pourquoi les fils électriques permettent de laisser passer l électricité alors qu ils sont apparemment en plastique? Il est aussi intéressant de proposer au Cycle III une modélisation de l ampoule pour faire comprendre le rôle conducteur du filament : utiliser un fil de tampon métallique relié aux 2 bornes d une pile ( il rougit)

12 SEANCE 7 : circuit ouvert, circuit fermé (l interrupteur) -Etre capable de réaliser un circuit permettant d allumer une ampoule à l aide d une pile et savoir commander ce circuit par un interrupteur ou un bouton poussoir. - Connaître la notion de circuit électrique fermé ou ouvert - Décrire la fonction d un interrupteur dans un circuit électrique Vocabulaire introduit : Interrupteur - utiliser une démarche scientifique - schématiser classe groupe de2, collectif 1h -pile et porte ampoule -fils électriques -autres matériels en fonction des demandes : papier aluminium, attache parisienne, ciseaux, trombone, bandes de carton fin Déroulement : Phase collective - Mise en place du problème «Comment allumer éteindre l ampoule sans toucher ni au porte ampoule, ni aux fils électriques, ni à la pile?» (Possibilité d ajouter un nouvel objet) - Rédiger les propositions sur la feuille jaune du cahier d expériences. Travail en binôme - Après distribution du matériel, laisser les enfants manipuler. - Distribuer le matériel complémentaire - Observer les montages réalisés. Mise en commun collective - Chaque binôme propose son montage. - Les enfants confrontent leurs réalisations : éléments identiques, différences - Dégager la notion d interrupteur : L enseignant indique alors aux élèves qu ils viennent de trouver le principe de l interrupteur. On explique oralement son rôle (référence à l interrupteur de la classe) et sa fonction (ouvre et ferme le circuit à volonté)

13 Synthèse écrite (collective puis individuelle) Sur feuille blanche : Pour allumer et éteindre une ampoule on utilise un interrupteur. Il permet d ouvrir et de fermer le circuit électrique sans toucher les fils. Dans l interrupteur, un élément conducteur bouge et est au contact du circuit («marche») ou n est pas au contact du circuit («arrêt»). Annexes 2 Le mot du maître : Prolongement possible L enseignant demande aux élèves de noter chez eux tout ce qui marche à l électricité dans leur maison en rappelant que l électricité de la maison est dangereuse (comparaison du voltage de l ampoule 4,5V et de la maison 220V).Puis séance sur les dangers de l électricité à la maison : éducation à la sécurité