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Projet électricité
Classe de CM1-CM2
L’électricité, CM1-CM2 1
SOMMAIRE
I. ELÉMENTS DE CONNAISSANCE POUR L’ENSEIGNANT :............................................3
A. L’électricité, vocabulaire et sources wiki :......................................................................................................................3
B. Rappel des instructions officielles....................................................................................................................................51. SCIENCES EXPÉRIMENTALES ET TECHNOLOGIE..............................................................................................52. Fiche 23 Connaissance sur l’électricité...........................................................................................................................5
II. SÉQUENCE EN SCIENCES AVEC LES CM1-CM2...........................................................6
A. Les dangers de l’électricité................................................................................................................................................61. Ce que je sais..................................................................................................................................................................62. Questionnement..............................................................................................................................................................7
a) Quel(s) danger(s) l’électricité peut-elle représenter ? ................................................................................................7b) Comment s’appelle le risque majeur lié à l’électricité ? ............................................................................................7
3. Expérience :....................................................................................................................................................................7a) Petite histoire qui fait peur : .......................................................................................................................................7b) Jeu de rôle..................................................................................................................................................................8
4. Ce que je retiens :............................................................................................................................................................9
B. Les circuits électriques alimentés par des piles ?..........................................................................................................101. Allumer une lampe avec une pile plate :.......................................................................................................................10
a) Ce que sais...............................................................................................................................................................10b) Mise en commun......................................................................................................................................................10c) Expérience................................................................................................................................................................11d) Ce que je retiens.......................................................................................................................................................11
2. Allumer une lampe avec une pile ronde :.....................................................................................................................13a) Ce que je sais :.........................................................................................................................................................13b) Expérience :..............................................................................................................................................................13c) Ce que je retiens :.....................................................................................................................................................14
C. Les conducteurs et les isolants........................................................................................................................................15a) Ce que je sais :.........................................................................................................................................................15b) Expérience 1 :...........................................................................................................................................................15c) Expérience 2 :...........................................................................................................................................................16d) Expérience 3:............................................................................................................................................................17e) Ce que je retiens :.....................................................................................................................................................17
D. L’interrupteur..................................................................................................................................................................19a) Ce que je sais :.........................................................................................................................................................19b) Questionnement :.....................................................................................................................................................19c) Expérience :..............................................................................................................................................................19d) Ce que je retiens :.....................................................................................................................................................20
E. Le montage en série.........................................................................................................................................................22a) Ce que je sais :.........................................................................................................................................................22b) Expérience :..............................................................................................................................................................22c) Ce que je retiens :.....................................................................................................................................................23
F. Le montage en parallèle (ou dérivation)........................................................................................................................24a) Ce que je sais :.........................................................................................................................................................24b) Expérience :..............................................................................................................................................................24
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c) Ce que je retiens :.....................................................................................................................................................25
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I.Eléments de connaissance pour l’enseignant :A.L’électricité, vocabulaire et sources wiki :
(sources : Hachette Multimédia / Hachette Livre, 1999 )
Dès le VIe s. av. J.-C., les Grecs constatèrent que l’ambre frotté attirait de nombreux corps légers. Au XVIIIe s., on montra qu’on peut faire apparaître par frottement deux sortes d’électricité, baptisées positive et négative, et l’on parvint ainsi au concept de charge électrique : des objets chargés se repoussent ou s’attirent selon qu’ils portent des charges de même signe ou de signes contraires. La loi fondamentale de cette interaction, dite électrostatique, homologue de la gravitation universelle de New-ton, fut établie en 1785 par Coulomb.
À partir de 1800, la pile de Volta permit de réaliser les premiers courants électriques. À la suite de l’expérience réalisée en 1820 par Œrsted et analysée par Laplace et Ampère, on découvrit les actions dites électrodynamiques qui s’exercent entre les courants et on établit que le champ magnétique créé par un courant est proportionnel à l’intensité de celui-ci, c.-à-d. à la charge qu’il transporte par unité de temps.
L’étude des courants électriques (électrocinétique) fut complétée en 1826 par Ohm, qui établit la relation
entre l’intensité traversant un conducteur et la différence de potentiel aux bornes de celui-ci et définit ainsi la notion de résistance. En 1831, Faraday dégagea le concept de force électromotrice et éta-blit les lois du phénomène d’induction électromagnétique, ouvrant ainsi la voie aux applications tech-niques de l’électricité (générateurs, dynamos, transformateurs, etc.) dont l’étude constitue l’électrotech-nique. En 1841, Joule établit les lois régissant le dégagement de chaleur dans un conducteur (effet Joule). En 1864, Maxwell prédit l’existence des ondes électromagnétiques (mises en évidence ex-périmentalement en 1885 par Hertz) et montra l’unité profonde de l’électrostatique et du magnétisme, fondant ainsi l’électromagnétisme. À la fin du XIXe s. la découverte de l’électron ouvrit la voie aux réa-lisations ultérieures de l’électronique. On distingue fondamentalement: l’électrostatique, qui traite de l’ensemble des phénomènes dus à la présence de charges électriques immobiles, et l’électrociné-tique, qui traite plus particulièrement des phénomènes que provoque le déplacement de ces charges. Les interactions entre champ magné-tique et courant électrique sont exclues de l’électrocinétique; leur étude constitue l’électrodyna-mique. L’électrocinétique montre qu’un courant électrique se produit lorsqu’on réunit par un conducteur deux points qui se trouvent à des potentiels différents. Le passage de ce courant s’accompagne d’un dégagement de chaleur (effet Joule) et d’un effet électromagnétique. L’intensité d’un courant est la quantité d’électricité qui traverse un conducteur pendant un temps limité. Elle s’exprime en am-pères, cette unité étant définie par l’interaction (produite par effet magnétique) de deux conducteurs parcourus par un courant. La résistance qu’oppose un conducteur au passage d’un courant électrique s’exprime en ohms; elle dépend de la longueur l, de la section S et de la résistivité du conducteur : R = × s. La résistivité des métaux purs est très faible (de l’ordre de 10 -8 ohms-mètres). Celle des isolants est, en revanche, très élevée (10 5 à 10¹ 6 ohms-mètres). La différence de potentiel (d.d.p.) que l’on constate entre deux points d’un conducteur parcouru par un courant électrique correspond au rapport de l’énergie abandonnée et de la quantité d’électricité mise en jeu. Elle
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s’exprime par la loi d’Ohm: U = R × I (U en volts, R en ohms et I en ampères). La puissance calorifique dissipée est donnée par la loi de Joule: P = RI² (P en watts). Dans le cas d’un circuit fermé comprenant des résistances, des générateurs montés en série, on utilise la loi de Pouillet généralisée : ΣE - ΣE’ = I × ΣR, ΣE étant la somme des forces électromotrices (f.é.m.) des générateurs, ΣE’ celle des forces contre-électromotrices des récepteurs, ΣR celle des résistances internes des générateurs et des récep-teurs, ainsi que des autres résistances.
Sur le plan pratique, l’électricité joue un rôle considérable; l’énergie électrique, facile à transporter et à distribuer, a révolutionné les moyens de production et la vie de l’homme. Représentant environ le tiers de l’énergie consommée, elle est produite, dans des centrales électriques, par transformation d’énergie thermique, hydraulique ou nucléaire. Cette opération se fait par l’intermédiaire de générateurs de courant continu ou d’alternateurs. Si l’énergie thermique est de plus en plus produite par le pétrole, bientôt la production d’énergie électrique au moyen de piles solaires, de piles à combus-tibles, de générateurs magnétohydrodynamiques, à fusion nucléaire, etc., sera cause de progrès considérable en ce domaine. Circonscription Ambérieu en Bugey. L’énergie électrique est transportée quelquefois par des courants continus, le plus souvent par des cou-rants alternatifs. L’électricité a rendu possible la mise au point de moteurs électriques très variés, et les usages industriels de l’électricité sont extrêmement divers. Ainsi, les phénomènes électrostatiques permettent le dépoussiérage des fumées d’usine, la peinture électrostatique, la photocopie, la concen-tration du faisceau électronique d’un tube cathodique de téléviseur, etc. L’électricité est la base des pro-cédés d’électroformage, d’électroérosion, d’usinage par jet de plasma et par faisceau d’électrons. L’éclairage sous toutes ses formes est dû à l’électricité. Les transports constituent un champ d’ap-plication immense de l’électricité, qu’il s’agisse de traction électrique, de signalisation, de communi-cation, de l’automobile, de l’aviation ou de la marine. Les utilisations domestiques sont multiples (élec-troménager).
( source wiki) Une ampoule (du latin ampullae petit flacon, fiole) peut désigner :
En électricité, la partie transparente ou non translucide souvent en verre contenant le corps lumi-neux d'une lampe électrique.
o Par extension, une lampe électrique. En médecine, une ampoule est une bulle cutanée remplie de liquide qui se forme sous la peau à
la suite de frottements répétés. Elle peut être accompagnée d'une douleur à peu près localisée. o Synonymes: phlyctène, cloque.
En pharmacie, certains médicaments injectables (vaccins, sérum…) ou buvables sont contenus dans des ampoules en verre dont on casse une extrémité. Dans d'autres cas l'ampoule a une forme de carré avec deux extrémités effilées : on casse à la main une des extrémités pour laisser couler le liquide et l'autre pour que l'air puisse entrer.
En liturgie l'ampoule est le récipient destiné à contenir les huiles saintes. o D'où: la Sainte Ampoule servant au sacre des rois de France.
L'Ampoule est une maison d'édition française.
Une lampe est un objet technique destiné à produire de la lumière, généralement polychromatique.
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B.Rappel des instructions officiellesRappel des IO pour les cycles 3 :
1. SCIENCES EXPÉRIMENTALES ET TECHNOLOGIE « Les sciences expérimentales et les technologies ont pour objectif de comprendre et de décrire le monde réel, celui de la nature et celui construit par l’Homme, d’agir sur lui, et de maîtriser les changements induits par l’activité humaine. Leur étude contribue à faire saisir aux élèves la distinction entre faits et hypothèses vérifiables d’une part, opinions et croyances d’autre part.
Observation, questionnement, expérimentation et argumentation pratiqués, par exemple, selon l’esprit de la Main à la pâte sont essentiels pour atteindre ces buts ; c’est pourquoi les connaissances et les compétences sont acquises dans le cadre d’une démarche d’investigation qui développe la curiosité, la créativité, l’esprit critique et l’intérêt pour le progrès scientifique et technique.
Familiarisés avec une approche sensible de la nature, les élèves apprennent à être responsables face à l’environnement, au monde vivant, à la santé. Ils comprennent que le développement durable correspond aux besoins des générations actuelles et futures. En relation avec les enseignements de culture humaniste et d’instruction civique, ils apprennent à agir dans cette perspective.
Les travaux des élèves font l’objet d’écrits divers consignés, par exemple, dans un carnet d’observations ou un cahier d’expériences. »
; connaître l'énergie électrique et son importance ;
2. Fiche 23 Connaissance sur l’électricité
En lien ici : http://www.ia77.ac-creteil.fr/images/stories/fichiers/public_enseignants/sciences/application_fiches_connaissances_cycle2et3.pdf
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II. Séquence en Sciences avec les CM1-CM2L’objectif général de cette séquence est d’initier dans le cadre d’une réalisation, à la recherche de solutions techniques, au choix et à l’utilisation raisonnée d’objets et de matériaux.Ne jamais oublier avant chaque séance de reprendre ce qui a été vu précédemment.
Explication du projet aux élèves :
A.Les dangers de l’électricitéObjectif: les enfants se rappelleront les règles élémentaires de sécurité dans l’usage de l’électricité.
1. Ce que je saisLes enfants sont invités individuellement à entourer sur une image, des situations explicites de dangers liés à l’électricité.
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2. Questionnement
a) Quel(s) danger(s) l’électricité peut-elle représenter ?
Temps individuel de recherche.
Mise en commun dans trois grandes colonnes : le tableau ci-dessous est un exemple. Il doit être complété et créé avec les enfants.
Les titres des colonnes 2 et 3 seront complétés à la fin de ce (a) Le titre de la première colonne fera l’objet du (b)
Electrocution (à ne pas écrire) Brûlure et incendie BlessurePrise de courant, Un fil électrique Un appareil électrique (lampes, sèche-cheveux dans l’eau du bain, une fourchette dans un grille pain, etc.)
Appareils électriques qui produisent de la chaleur (radiateur électrique, une cafetière, fer à repasser, four et plaques électriques, etc.)
Appareil électrique qui coupe (robot ménagé, rasoir électrique, couteau électrique, etc.)
b) Comment s’appelle le risque majeur lié à l’électricité ?
Les enfants peuvent utiliser le dictionnaire.Le mot « électrocution » est à découvrir.
Distribution du tableau. Le titre de la colonne n°1 est complété par les enfants.
3. Expérience :
a) Petite histoire qui fait peur :
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Un ami est à la maison. Il branche une rallonge électrique mais celle-ci est abimée. Il est victime d’une électrisation. Il s’écroule au sol et tient toujours fermement la prise dans sa main.
Que faire ?
b) Jeu de rôle
Un enfant joue le rôle de l’ami, un enfant joue le rôle du sauveteur.
La scène est jouée sans interruption puis le groupe donne son avis sur les gestes du sauveteur.
Nous définissons collectivement la conduite à tenir, i.e. le comportement à adopter.
Un téléphone est mis à disposition du sauveteur.
Le scène est rejouée et filmée pour permettre aux enfants de revoir cette leçon à la maison.
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4. Ce que je retiens :
L'électrisation est un accident lié au passage de courant électrique dans le corps humain. En France, chaque année, on dénombre près de 10 000 cas d'électrisation d'enfants en bas âge.
1. Coupez le courant (le disjoncteur)
Mais où est le disjoncteur à la maison ? Le corps humain est conducteur d'électricité : vous ne devez donc jamais toucher une victime d'électrisation avant d'avoir coupé le courant.
2. Appelez les secours et avec eux évaluer le degré de gravité du traumatisme :o 15 (SAMU)o 18 (pompiers)
Il convient de donner des informations claires et précises de l’électrisation. Ne pas oublier de dire qui on est et où on se trouve.
3. Occupez-vous enfin de la victimeo Desserrez col, ceinture, cravate.o Si la victime est consciente, surveillez son état en attendant les secours.o Si elle a perdu connaissance, placez-la en position latérale de sécurité*. Surveillez son
état général jusqu'à l'arrivée des secours.o Si la victime ne respire plus, pratiquez un bouche-à-bouche** et un massage cardiaque**.
Dans tous les cas : la victime doit être examinée par un médecin.
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B.Les circuits électriques alimentés par des piles ?1. Allumer une lampe avec une pile plate :
Objectif : allumer une lampe à l’aide d’une pile plate.
Matériel : lampe, pile plate.
a) Ce que saisComment représenter schématiquement une lampe et une pile ?1/ Schématisation d’une lampe et légende à l’aide des mots suivants : plot, filament, culot, ampoule.2/ schématisation d’une pile et légende à l’aide des mots suivants ; borne + et borne -.
b) Mise en communPlusieurs élèves viennent au tableau représenter leur lampe et leur pile. Les enfants sont choisis en fonction des caractéristiques de leur schéma.
Un schéma doit se dégager pour la pile et un pour la lampe.
On fait ainsi la différence entre un dessin et un schéma.
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c) Expérience Sans le matériel, dessins et de schémas :
Les enfants sont invités à dessiner et à schématiser un pile et de sa lampe allumée. Il est important d’imaginer son expérience avant de la faire :
Avec le matériel :Les enfants sont invités à expérimenter leur hypothèse en respectant scrupuleusement leur schéma.
d) Ce que je retiens
Nous collectons les informations au tableau et chacun prend la trace collective du dessin et du schéma de la pile plate allumant une lampe.
Nous pouvons retenir que pour que la lampe brille, il faut que le culot touche l’une des bornes de la pile et que le plot touche l’autre borne. Quelque soit le sens, la lampe s’allume tout de même.
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Mon dessin de l’expérience Mon dessin de l’expérience
Mon dessin de l’expérience Mon dessin de l’expérience
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2. Allumer une lampe avec une pile ronde :Objectif : allumer une lampe à l’aide d’une pile ronde.
Matériel : lampe, fils, 3 piles rondes.
a) Ce que je sais :Rappel de la séance précédente.Les enfants n’ont pas encore le matériel.
Sans le matériel, dessins et de schémas :Les enfants sont invités à dessiner et à schématiser la pile et sa lampe allumée. Il est important d’imaginer son expérience avant de la faire :
b) Expérience :
Les enfants prennent leur matériel.Les enfants sont invités à expérimenter leur hypothèse en respectant scrupuleusement leur schéma.
Question : quels sont les enfants qui sont parvenus à faire briller la lampe ?
Mise en commun des expériences qui ont fonctionnées et de celles qui n’ont pas fonctionnées.
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Mon dessin de l’expérience Mon dessin de l’expérience
c) Ce que je retiens : Nous collectons les informations au tableau et chacun prend la trace collective du dessin et du schéma de la pile ronde allumant une lampe.
Nous pouvons retenir que pour faire briller une lampe avec une pile ronde, il faut s’aider d’un fil pour mettre en contact à la fois le plot et le culot de la lampe avec les deux bornes de la pile.
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Mon dessin de l’expérience Mon dessin de l’expérience
C.Les conducteurs et les isolants.Objectif : se rendre compte que certains matériaux sont des conducteurs et d’autres des isolants.
Matériel : lampe, fils, pile plate, différents matériaux conducteurs et isolants.
a) Ce que je sais :Après un rappel des séances précédentes, notamment sur la schématisation, la question est la suivante : peut-on faire briller une lampe avec n’importe quel objet ? (autrement dit : « et si vous n’aviez pas de fils ? »
Recherches individuelles.
b) Expérience 1 :Première question : vous allez tester les différents objets et noter dans le tableau le résultat obtenu pour chacun d’entre eux :
cf. tableau : quels sont les objets qui laissent passer le courant électrique.
Nom de l’objet Matière Laisse passer le courant ?Oui ou non
Conducteur ou isolant ?
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Mon schéma de l’expérience
c) Expérience 2 :Deuxième question : Si à la place d’un fil on mettait de l’eau, que se passerait-il ?
Conceptions et représentations rapides des élèves à l’oral puis vérification avec une lampe puis avec le testeur. Petite explication orale sur le rôle du testeur.
Distribution du schéma.
Les élèves écrivent individuellement ce qu’ils ont conclus de cette expérience
Mise en commun :
L’eau n’est pas un bon conducteur pour un courant électrique faible, mais c’est tout de même un conducteur puisque le testeur nous montre que du courant circule.
Pour information, on estime que le seuil de conductivité est de 24 volts. La pile que nous avons utilisée est de 4.5 volts. A la maison, les prises délivrent du 220 volts.
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d) Expérience 3:Troisième question : A l’aide du schéma présenté au tableau, dites si les différents objets à votre disposition sont des conducteurs ou des isolants. Quel est le rôle de la lampe ?
Schéma :
Mise en commun : Le rôle de la lampe testeur est dégagé.
e) Ce que je retiens :
Il existe deux grandes familles de matériaux : les conducteurs et les isolants. L’eau est un conducteur.
Le courant passe dans les matériaux conducteurs. Il ne circule pas dans les matériaux isolants.
Dans le tableau suivant, fais une croix dans la case correspondante.
Dans un circuit électrique alimenté par une pile, si la lampe s’allume quand on relie deux fils électriques par un objet, on dit que l’objet est conducteur. Au contraire, dés lors que la lampe reste éteinte, l’objet est dit isolant.
Tu peux t’entraîner sur le site de l’école.
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D.L’interrupteurObjectif : Acquérir les notions de circuits ouverts et circuits fermées.
Matériel : lampe, fils, pile plate, 2 attaches parisiennes, un trombone, un carton rectangulaire.
a) Ce que je sais :
Après un rappel des séances précédentes, notamment sur la schématisation, la question est la suivante : réalise avec ton voisin un circuit dans lequel la lampe s’allume.
Recherches individuelles.
b) Questionnement :
Question 1 : lorsque la lampe est allumée, comment faire pour l’éteindre ? Pour la rallumer ?Question 2 : Certainement tous les jours, qu’utilisez-vous pour allumer ou éteindre une lampe ?
c) Expérience :
A l’aide de nouveaux matériaux, à toi de réaliser un montage qui te permette d’allumer et d’éteindre la lampe sans retirer de fils du circuit, comme tu l’as fait précédemment.
Les élèves manipulent le matériel. Un inducteur est possible : « il est autorisé de faire des trous dans le carton ».Mise en commun : tous les enfants doivent avoir à l’issu de l’expérience un interrupteur opérationnel.On explique collectivement son fonctionnement.Distribution du dessin de l’expérience.
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Mon schéma de l’expérience
d) Ce que je retiens :
Les languettes de l’interrupteur se touchent, le courant passe et la lampe s’allume. On dit que l’interrupteur est fermé.Les languettes de l’interrupteur ne se touchent pas, le courant ne passe pas et la lampe ne s’allume pas. On dit que l’interrupteur est ouvert.
Complète le schéma suivant :
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Découpe puis colle les étiquettes suivantes de manière à former deux phrases correctes.
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Les languettes de l'interrupteur se touchent,
Les languettes de l'interrupteur ne se touchent pas,
le courant passe,
le courant ne passe pas,
le circuit est ouvert,
le circuit est fermé,
La lampe s'allume.
La lampe ne s'allume pas.
E.Le montage en sérieObjectif : faire briller deux lampes en série et constater les propriétés de ce circuit en dévissant l’une des lampes.
Matériel : une pile plate, deux lampes, des fils, l’interrupteur.
a) Ce que je sais :
Après un rappel des séances précédentes, notamment sur la schématisation, la question est la suivante : Réalise un circuit dans lequel deux lampes s’allument avec une seule pile.
Recherches individuelles:
b) Expérience :
Temps en binôme. Après avoir schématisé ton expérience, réalise avec ton voisin un circuit dans lequel deux lampes s’allument avec une seule pile. Enlève une lampe. Que constates-tu ?
Présentation du montage par les élèves.Mise en évidence :
le circuit ne forme qu’une seule boucle. on constate que si on enlève une ampoule, les deux ampoules s’éteignent.
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Mon schéma de l’expérience
c) Ce que je retiens :Le tableau suivant fera office de trace de structuration.
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LE CIRCUIT EN SERIE
(le schéma)
Le courant électrique ne suit qu'un seul chemin;
Quand on dévisse une lampe, l'autre s'éteint;
Chaque lampe brille moins que si elle était seule.
F. Le montage en parallèle (ou dérivation)Objectif : faire briller deux lampes en parallèle et constater les propriétés de ce circuit en dévissant l’une des lampes.
Matériel : une pile plate, deux lampes, des fils, l’interrupteur.
a) Ce que je sais :
Après un rappel des séances précédentes, notamment sur la schématisation, la question est la suivante : Réalise un circuit dans lequel deux lampes s’allument avec une seule pile. Attention, cette fois, si tu enlèves une lampe, l’autre doit rester allumée.
Recherches individuelles:
b) Expérience :
Temps en binôme. Après avoir schématisé ton expérience, réalise avec ton voisin un circuit dans lequel deux lampes s’allument avec une seule pile. Enlève une lampe. Que constates-tu ? Les deux lampes doivent rester allumer.
Présentation du montage par les élèves.Mise en évidence :
le circuit forme deux boucles. on constate que si on enlève une ampoule, l’autre ampoule reste allumée.
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Mon schéma de l’expérience
c) Ce que je retiens :Comparaison des deux circuits :Dans un circuit en série, lorsqu’une lampe est grillée, le circuit est ouvert (comme un interrupteur ouvert), les deux lampes sont éteintes.Dans un circuit en parallèle, lorsqu’une lampe est grillée, le circuit reste fermé pour l’autre lampe.
Le tableau suivant fera office de trace de structuration.
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LE CIRCUIT EN SERIE LE CIRCUIT EN PARALLELE
(le schéma)
(le schéma)
Le courant électrique ne suit qu'un seul chemin;
Le courant électrique suit deux chemins différents;
Quand on dévisse une lampe, l'autre s'éteint;
Quand on dévisse une lampe, l'autre brille toujours;
Chaque lampe brille moins que si elle était seule.
Chaque lampe brille autant que si elle était seule ;