Séquence : l'électricité au cycle 2 - Atelier Canopé 95 · CREST d’Oloron IEN Oloron. Centre...

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Frédéric Hayet

Séquence : l'électricité au cycle 2

Place dans les programmes : 4. Le monde des objets

Ils réalisent des maquettes élémentaires et des circuits électriques simples pour comprendre le fonctionnement d’un appareil.

Séance 1 : Les objets électriques Compétences : savoir distinguer les objets électriques de ceux qui ne fonctionnent pas à l’électricité. Matériel :

Des objets électriques (fonctionnant soit avec des piles soit en les branchant sur le secteur) : un pèse-personne, un batteur, une lampe de chevet, un poste de radio…. Des objets fonctionnant manuellement : un moulin à poivre, un batteur, …. Si on ne peut pas récupérer de vrais objets, on pourra éventuellement travailler sur photos. Déroulement : Recueil des représentations initiales : le maître pose la question : « qu’est-ce qu’un objet électrique ? » Les réponses sont notées sur une feuille au tableau. Travail par groupe de 4 : distribuer une boîte dans laquelle il y a des objets (électriques et non électriques). Demander aux élèves de trouver un classement. Dans un premier temps, les élèves vont avoir tendance à classer les objets par catégorie d’utilisation : la cuisine, le bricolage, les jouets, etc. Dans ce cas, demander s’il n’y aurait pas une autre façon de procéder. Un ou deux groupes passent au tableau pour présenter sa classification. La validation se fait par la classe. Si la classification électrique, non-électrique a été trouvée par un groupe, on demandera à tous les groupes d’utiliser cette classification avec leurs objets. Si elle n’a pas été trouvée, demander explicitement d’utiliser cette classification. La validation se fera par le groupe classe.



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Synthèse : on peut distinguer les objets qui fonctionnent à l’électricité de ceux qui ne fonctionnent pas à l’électricité. On constatera que certains objets figurent dans les deux colonnes car ils peuvent fonctionner soit à l’électricité soit manuellement. Enfin, pour les objets qui fonctionnent à l’électricité, certains se branchent sur le secteur, d’autres fonctionnent grâce à des piles.

A la suite de cette séance, on pourra faire une évaluation.



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Noms des objets : Perceuse, batteur, lampe de poche, fer à repasser, couteau, essoreuse à salade, ciseaux, cafetière, rouleau à pâtisserie, couteau électrique, fouet, ouvre-boîte, lampe de chevet.



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Séance 2 : La lampe de poche. Compétences :

Etre capable de distinguer les différentes parties d’une lampe de poche. Mise en place du vocabulaire spécifique : filament, culot, etc... Matériel : Une lampe de poche (matériel disponible au CREST) par groupe de 2 ou 4. Déroulement : Travail par groupe de 2 ou 4 : Distribuer à chaque groupe une lampe de poche. Laisser les enfants s’approprier le matériel. Demander aux élèves d’ouvrir les lampes de poche, d’observer le mécanisme, de le décrire oralement et par un schéma. Interprétations : les élèves notent leurs observations sous forme d’un schéma légendé

Lors de l’observation de l’intérieur de la lampe de poche plate, les enfants ont découvert la pile et l’ampoule qui constituent les deux principaux composants.



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Leur demander de démonter cette pile et cette ampoule de son support et leur donner une pile ronde. L’observation de la pile plate, de la pile ronde et de l’ampoule permet de faire émerger un vocabulaire commun sur ces différents composants. Les enfants disposeront ainsi des termes exacts pour la suite des expériences. Interprétations : les élèves notent leurs observations sous forme d’un schéma légendé. Après débat et acceptation par l’ensemble de la classe, une trace écrite est proposée par l’enseignant. Synthèse et trace écrite : Sur la pile plate, il y a deux lamelles de fer dont l’une est plus grande (lamelle négative ou pôle négatif) que l’autre (lamelle positive ou pôle positif). Le dessous de la pile ronde est le pôle négatif. Le dessus avec son petit plot est le pôle positif. Dans l’ampoule, il est important de distinguer le bout gris, la vis et l’isolant noir qui forment le culot.



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Séance 3 : la pile et l’ampoule. Objectifs : Définition de la notion de circuit électrique. Circuit ouvert, circuit fermé. Matériel par groupe de quatre : 1 ampoule et une pile 4,5V. Une douille et des fils électriques. Le classeur de sciences. Photocopie des dessins d'une ampoule et d'une pile. 1 feuille format A4 Déroulement : Distribution du matériel à chaque groupe de quatre élèves. Dans chaque groupe, un enfant est nommé responsable du matériel et un autre rapporteur. Le responsable du matériel récupère et ramène le matériel auprès de l’enseignant. Le rapporteur présente les résultats trouvés par son groupe. Consigne : vous allez allumer l'ampoule. Vous allez ensuite représenter votre montage sur un dessin. Si vous avez fini avant les autres groupes, vous pouvez essayer de trouver une deuxième façon d’allumer l’ampoule. Mise en situation et réalisation du montage, réalisation du dessin sur le classeur de sciences puis fabrication d’une affiche par collage sur la feuille blanche. Présentation des affiches au tableau et phase de validation collective. Remarque : on insistera sur la précision du dessin et notamment sur le fait que le bout gris et la vis doivent toucher une lamelle de la pile. Synthèse collective : Il faut que la vis de l'ampoule touche une lame et que le bout gris touche l'autre. Le sens de branchement n'a pas d'importance.



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Consigne : Avec le matériel que vous avez (douille, ampoule, fils électriques et pile), vous allez allumer l'ampoule loin de la pile. Vous allez ensuite représenter votre montage sur un dessin. Mise en situation et réalisation du montage et réalisation d’une affiche sur la feuille blanche. Présentation des affiches au tableau et phase de validation collective.

Remarque : on pourra aborder à ce stade de la séance la différence entre un dessin et un schéma : les élèves auront tendance à dessiner ce qu’ils voient (la marque de la pile, les pinces crocodiles, la couleur du matériel). Grâce à une discussion collective, on pourra arriver à une simplification des dessins. On introduira alors les symboles utilisés en électricité et on demandera ensuite aux élèves de les utiliser pour faire des schémas.



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La pile L'ampoule L'interrupteur La LED Le schéma du circuit électrique ci-dessus est alors le suivant :



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Ensuite, le maître réalise l'expérience suivante : il place un petit morceau de laine d'acier à cheval sur les deux lames de la pile. La laine d'acier se met à brûler en émettant de la lumière. Cette expérience permet de comprendre le rôle de la capsule en verre et du filament. L'ampoule en verre permet de protéger le filament ; elle empêche le filament de brûler (elle est remplie d'azote et ne contient pas d'oxygène ce qui empêche la combustion). D’autre part, le filament est très fin : l’ampoule en verre évite que le filament soit cassé. Le filament est un fin fil métallique : lorsque le courant le traverse, il se met à chauffer et en chauffant, il émet de la lumière). Consigne : vous allez dessiner l'intérieur de l'ampoule.

Phase de travail individuel suivi d'une phase de travail collective à partir de certains dessins présentant des imperfections. Le maître doit arriver à montrer la continuité du circuit électrique (un fil relie le bout gris, le filament et la vis). La vérification se fera à l'aide d'une ampoule cassée. On pourra faire remarquer aux élèves le point de soudure présent sur la vis. Remarque : la phase de travail individuel peut être suivie d’une phase de travail par groupe de 4 qui permettra aux élèves de se mettre d’accord sur une représentation unique. Conclusion : Un dessin annoté de l'intérieur d'une ampoule (ou une photocopie du schéma ci-dessous ) sera placé dans le classeur de sciences.



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Séance 4 : circuit série/circuit parallèle. Objectif : Savoir réaliser une expérience simple et en tirer les conclusions. Appréhender la notion de circuit série et circuit parallèle. Matériel pour chaque groupe de quatre : 1 pile 4,5 V. 2 ampoules. 2 douilles. 4 fils avec pinces crocodiles. Déroulement : Le responsable du matériel vient chercher le matériel. Consigne : Vous allez réaliser un circuit dans lequel il y a deux ampoules qui s’allument en même temps : quand je dévisse une ampoule, l’autre s’éteint. Phase de recherche par groupe, réalisation du circuit sur le classeur de sciences (soit un dessin, soit un schéma) et validation des résultats de manière collective. On peut placer un interrupteur dans le circuit mais il n’est pas obligatoire.

Si on passe à la schématisation, on obtient le circuit série suivant :



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Consigne : Vous allez réaliser un circuit dans lequel il y a deux ampoules qui s’allument en même temps : quand je dévisse une ampoule, l’autre reste allumée. Phase de recherche par groupe, réalisation du circuit sur le classeur de sciences (soit un dessin, soit un schéma) et validation des résultats de manière collective. On peut placer un interrupteur dans le circuit mais il n’est pas obligatoire.

Si on passe à la schématisation, on obtient le circuit suivant :



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A la fin de cette séance, on peut demander aux élèves : dans la classe, les ampoules sont-elles branchées en série ou en parallèle ? On demandera aux élèves de se justifier : les ampoules sont branchées en parallèle car lorsqu’une ampoule est grillée, les autres restent allumées.



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Séance 5 : Interrupteur. Isolant/ conducteur. Objectif : Savoir réaliser une expérience simple et en tirer les conclusions. Appréhender la notion d'isolant et de conducteur. Connaître le rôle de l'interrupteur. Matériel pour chaque groupe de quatre : 1 pile 4,5 V. 2 ampoules. 2 douilles. 4 fils avec pinces crocodiles. Trois interrupteurs différents ou un interrupteur Celda. Une poche contenant : un clou, un bout de fil de cuivre, une attache parisienne, un morceau de papier aluminium, un écrou, une gaine plastique, un morceau de polystyrène, une allumette, un morceau de carton et un morceau de papier. Pour le défi : un gobelet en plastique, une diode, une pile, 3 fils avec pinces crocodiles. Matériel par élève : 1 fiche isolant/conducteur. Déroulement : Le responsable du matériel vient chercher la boîte de matériel. Consigne : Vous allez réaliser le circuit qui est représenté au tableau. A l'endroit du rectangle blanc vous allez brancher les trois dispositifs et vous allez trouver à quoi ils servent. Ils ont tous le même rôle, quel est ce rôle?



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Phase de recherche par groupe, réalisation du circuit sur le classeur de sciences (soit un dessin, soit un schéma) et validation des résultats de manière collective. Les trois dispositifs servent à éteindre l'ampoule sans débrancher les fils. Ce sont trois interrupteurs. On pourra travailler sur la représentation circuit ouvert / circuit fermé.

Consigne : Vous allez réaliser le circuit qui est représenté au tableau. A l'endroit du rectangle blanc, vous allez brancher chacun des 10 éléments contenus dans la poche plastique. Vous remplirez ensuite individuellement la feuille en mettant une croix dans la colonne l'ampoule brille ou dans la colonne l'ampoule ne brille pas.



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Phase de recherche par groupe puis validation des résultats trouvés grâce à une fiche A3 placée au tableau Dans chaque cas de désaccord, le groupe d'élèves doit refaire l'expérience pour vérifier le résultat. Quand le tableau est rempli, le maître tire la conclusion. On classe les objets en deux familles : ceux qui permettent d'allumer l'ampoule et ceux qui ne permettent pas d'allumer l'ampoule. Question : quand on met un morceau de plastique, pourquoi l'ampoule ne s'allume-t-elle pas? Réponse : parce que le plastique ne laisse pas passer le courant. C'est un isolant. Question : vous allez me donner le nom d'autres isolants. Réponse : le bois; le crayon, la gomme, etc. Question : quand on met un clou, pourquoi l'ampoule s'allume-t-elle? Réponse : parce que le clou laisse passer le courant électrique. C'est un métal. C'est un conducteur. Défi : vous allez trouver une expérience qui permet de savoir si l'eau est un conducteur ou un isolant. Les élèves doivent arriver à faire un circuit électrique comme présenté ci-dessous. Si le circuit est correct, il existe deux possibilités :

Soit l’eau est conductrice du courant et alors l’ampoule doit briller. Soit l’eau n’est pas conductrice du courant et alors l’ampoule ne brille pas.



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Malheureusement, l’eau n’est pas assez bonne conductrice du courant donc l’ampoule ne brille pas. Il faut alors remplacer l’ampoule par une LED. La LED se met alors à briller (attention, le sens de branchement est important).

A la fin de cette séance, on pourra alors parler des dangers de l’électricité en utilisant la fiche ci-dessous (le corps humain est composé de 70 % d’eau). La trace écrite pourra être alors soit être réalisée avec les élèves, soit distribuée par l’enseignant.



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Fiche individuelle pour les élèves

Matériel L'ampoule brille L'ampoule ne brille pas Clou Carton Polystyrène Écrou Aluminium Gaine plastique Allumette Fil de cuivre Papier Attache parisienne





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Matériel L'ampoule brille L'ampoule ne brille pas Clou Carton Polystyrène Écrou Aluminium Gaine plastique

Allumette Fil de cuivre Papier Attache parisienne



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L'électricité Un circuit électrique est composé de plusieurs éléments. Le plus simple est celui composé d'une ampoule et d'une pile. Dans ce circuit, la pile fournit l'énergie à l'ampoule qui brille. L'interrupteur permet d'éteindre ou d'allumer l'ampoule sans couper les fils électriques. Les fils électriques permettent d'éloigner l'ampoule de la source d'énergie (la pile).

Le circuit est ouvert : l’ampoule ne brille pas.

Quand on branche deux ampoules, on peut réaliser deux montages différents :

Circuit série

Dans ce circuit, si une ampoule ne fonctionne pas, la deuxième ne fonctionne pas non plus.

Circuit parallèle

Dans ce circuit, si une ampoule ne fonctionne pas, la deuxième fonctionne.

Certains composants laissent passer le courant électrique : on les appelle les conducteurs (comme le cuivre, le fer, l'aluminium et plus généralement les métaux).



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Certains composants ne laissent pas passer le courant électrique : on les appelle les isolants (comme le plastique, le bois, le polystyrène, etc…). Le schéma suivant montre que l'eau (et donc le corps humain) est un mauvais conducteur.

Avec ce circuit, la LED brille légèrement.



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L'électricité Un circuit électrique est composé de plusieurs éléments. Le plus simple est celui composé d'une ampoule et d'une pile. Dans ce circuit, la pile fournit l'énergie à l'ampoule qui brille. Pour représenter les différents composants, on utilise les symboles suivants :

La pile L'ampoule L'interrupteur La LED L'interrupteur permet d'éteindre ou d'allumer l'ampoule sans couper les fils électriques. Les fils électriques permettent d'éloigner l'ampoule de la source d'énergie (la pile).

Le circuit est ouvert : l’ampoule ne brille pas.

Quand on branche deux ampoules, on peut réaliser deux montages différents :

Circuit série

Dans ce circuit, si une ampoule ne fonctionne pas, la deuxième ne fonctionne pas non plus.

Circuit parallèle

Dans ce circuit, si une ampoule ne fonctionne pas, la deuxième fonctionne.

Certains composants laissent passer le courant électrique : on les appelle les conducteurs (ex : le cuivre, le fer, l'aluminium et plus généralement les métaux). Certains composants ne laissent pas passer le courant électrique : on les appelle les isolants (ex : le plastique, le bois, le polystyrène, etc…). Le schéma suivant montre que l'eau (et donc le corps humain) est un mauvais conducteur.



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Avec ce circuit, la LED brille légèrement.



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Pour l’évaluation, on pourra utiliser deux procédures :

1. réalisation d’un jeu utilisant l’électricité (jeu de questions-réponses ou jeu de la main du diable). On présentera le jeu choisi en ayant pris soin de cacher le circuit électrique ; les enfants devront trouver le circuit avant de pouvoir fabriquer le jeu. On ne donnera le matériel au groupe seulement quand celui-ci aura trouvé le circuit (cette procédure permet de lancer la construction des jeux de manière progressive).

2. réponse à un questionnaire (voir ci-dessous).



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Évaluation: l'électricité. CE1 Nom : .............................................. Prénom : .................................................... 1. Dans les circuits suivants, colorie l’ampoule en jaune quand le circuit est bien monté et que l’ampoule peut s’allumer.

A quoi correspond le symbole suivant? ....................................................................................................................................................... 2. Explique ce que veut dire le mot : conducteur. Donne le nom de deux conducteurs. ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... 3. Explique ce que veut dire le mot : isolant. Donne le nom de deux isolants. ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... 4. Dessine un circuit où les ampoules sont montées en parallèle. 5. A quoi sert un interrupteur? ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... 6. Comment appelle-t-on la partie qui brille dans une lampe? .............................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 7. Avec le matériel donné, réalise le montage demandé par le maître.



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Évaluation: L'électricité. CP Nom : .............................................. Prénom : .................................................... 1. Dans les circuits suivants, colorie l’ampoule en jaune quand le circuit est bien monté et que l’ampoule peut s’allumer.

A quoi correspond le symbole suivant? ....................................................................................................................................................... 2. Explique ce que veut dire le mot : conducteur. Donne le nom de deux conducteurs. ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... 3. Explique ce que veut dire le mot : isolant. Donne le nom de deux isolants. ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... 4. Dessine un circuit où les ampoules sont montées en parallèle. 5. A quoi sert un interrupteur? ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... 6. Comment appelle-t-on la partie qui brille dans une lampe? .............................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 7. Avec le matériel donné, réalise le montage demandé par le maître.



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