Electricité

Ecole Clémenceau, Grenoble, classe de CE2 de Mme Boyer 

Anne et Adrien

Nous avons choisi d'aborder l'électricité au travers d'un jeu de questions / réponses : une ampoule s'allume si question et réponse sont correctement reliées. Au fur et à mesure des séances, les élèves résoudront des problèmes qui leur permettront de réaliser leur propre jeu.

Séance 1. Comment fonctionne ce jeu ? 

Les élèves commencent la première séance en essayant le jeu : seuls l’ampoule et les deux fils permettant de sélectionner la question et la réponse sont visibles, le circuit étant enfermé dans un boîtier indémontable.

Dans leur cahier de sciences, les élèves répondent individuellement aux questions suivantes :  

D’après toi, de quelle façon le jeu fonctionne-t-il ?

Comment te représentes-tu ce qui est caché ?

De quoi aurais-tu besoin pour réaliser ton propre jeu ?

Après une mise en commun, nous comprenons qu’il s’agit d’un jeu électrique.

            Qu’est-ce que l’électricité ?  

Où y a-t-il de l’électricité ?

Les élèves font des hypothèses et proposent des moyens de vérifier toutes ces idées.

Avant de passer à la pratique, nous leur parlons des dangers et risques de l’usage de l’électricité : il s’agit de bien faire passer le message de ne pas refaire les expériences chez soi sur les prises secteur où les « puissances » sont colossales contrairement aux piles utilisées en classe ! 

Séance 2. Comment allumer une ampoule avec une pile, en contact direct ?

Pour faire fonctionner le jeu électrique, il faut comprendre comment allumer une ampoule. Les élèves font des hypothèses sur le matériel à utiliser et le protocole à suivre, puis les vérifient par la pratique. 

Nous comprenons que nous avons seulement besoin d’une source d’énergie : la pile. Culot et plot de l’ampoule doivent être reliés aux deux bornes de la pile. L’ampoule ne peut s’allumer que lorsque le circuit est fermé. Un courant électrique peut alors circuler, ce qui n’est pas le cas quand le circuit est ouvert. 

Où passe l’électricité dans l’ampoule ?

Le vocabulaire de l’ampoule est introduit, et les élèves sont amenés à dessiner le passage du courant électrique dans l’ampoule et la pile.

  

 Et quand l’ampoule et la pile ne sont pas proches, comment faire alors ?

Séance 3. Comment allumer une ampoule loin de la pile ? Les fils, isolants et conducteurs.

Après un moment de réflexion, seuls puis en groupes, les élèves proposent d’utiliser des fils pour allumer l’ampoule à distance. On leur propose alors de tester différents types de fils : ficelle, fil métallique, plastique,… Ceci nous conduit à ranger ces différents matériaux dans un tableau à deux colonnes : ceux qui laissent passer le courant, les conducteurs, et les autres, les isolants. 

 

Et l’eau ? Le test est fait devant toute la classe en associant plusieurs piles (et en rajoutant un peu de sel !). L’ampoule s’allume, l’eau est en effet conductrice, d’où les risques d’hydrocution.
Une variante consiste à remplacer l'ampoule par une diode électroluminescente : un courant nettement plus faible lui est nécessaire pour s'allumer, et un seul générateur est donc suffisant. Nous pouvons également, dans cette même expérience, remplacer l'eau par le corps humain (les mains ferment alors le circuit), pour montrer qu'il est lui aussi conducteur !

Séance 4. Petites expériences et schématisation.

Cette quatrième séance s’articule autour de petites expériences pour mieux comprendre l’électricité.  Chaque groupe d’élèves réalise une expérience différente, et regroupe ses hypothèses et résultats sur une affiche qu’il présentera aux autres groupes.

Nous voulons également travailler ici sur la schématisation : nous nous mettons pour cela d’accord sur des symboles qui représenteront dorénavant les différents composants du montage électrique : pile, ampoule, fil, …

Comment faire pour allumer et éteindre l’ampoule sans avoir à mettre et enlever sans cesse le fil conducteur ? 

Les élèves ont l’idée d’utiliser un interrupteur, comme pour allumer la lampe de la salle de classe, et en viennent à la conclusion que l’interrupteur est un fil conducteur qui coupe ou joint le circuit. 

Avec une même pile, toutes les ampoules brillent-elles avec le même éclat ? 

Différentes piles font-elles briller une même ampoule avec le même éclat ?

Les élèves constatent que les piles ne sont pas toutes identiques et donnent à une même ampoule des éclats différents. Certaines piles de faibles puissances peuvent même ne pas allumer l’ampoule.

Inversement, en changeant d’ampoule et en gardant une même pile, les conclusions sont similaires : toutes les ampoules ne s’alimentent pas avec la même puissance. Une pile plate ne sera pas suffisante pour allumer une grosse ampoule. 

Que se passe-t-il si on inverse les bornes d’un moteur dans le montage ?

 

On propose à un groupe d’élèves de faire un circuit électrique qui alimente un moteur, puis d’inverser les bornes de la pile. Ils constatent que le moteur tourne dans l’autre sens. Le sens du courant est inversé.

 

Y a-t-il plusieurs manières de placer deux ampoules dans votre circuit électrique ? Les ampoules s’éclairent-elles de la même façon ?

Séances 5 et 6. Réalisation du jeu électrique

Avec toutes les connaissances acquises au cours des séances précédentes, il est maintenant possible de réaliser le jeu électrique. Cette étape prendra deux séances. Les élèves ont formé des binômes et préparé des questions/réponses avant la séance. 

 

Le circuit électrique, composé d’une ampoule, une pile plate et de fils électriques, est placé dans une barquette plastique. Il est réalisé en deux exemplaires. Chaque binôme réalise alors une fiche, questions/réponses au recto, connexions reliant les questions aux bonnes réponses au verso. Les élèves utilisent du fil électrique qu’ils dénudent et des attachent parisiennes pour réaliser leurs branchements. Ils testent ensuite leur fiche de questions en la plaçant sur la barquette, repèrent d’éventuels mauvais branchements et les corrigent. Pour finir, ils peuvent jouer en s’échangeant les fiches.