Découvrir les circuits électriques

Discipline
Vivant, matière, objets
Niveaux
CE1, CE2.
Auteur
M. CARADEC
Objectif
- Comprendre le fonctionnement et réaliser des circuits électriques simples.
- Réaliser un objet technique.
- Respecter des règles de sécurité.
Relation avec les programmes

Cycle 2 - Programme 2020

  • Connaître les constituants et fonctionnement d'un circuit électrique simple.
  • Connaître des exemples de bon conducteurs et d'isolants.
  • Mettre en œuvre les règles élémentaires de sécurité.
  • Réaliser des objets techniques par association d'éléments existants en suivant un schéma de montage.
Dates
Créée le 30 janvier 2021
Modifiée le 06 avril 2021
Statistiques
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Licence
CC-BY-NC-SALicence Creative Commons : Paternité - Pas d'utilisation commerciale - Partage des conditions initiales à l'identique ?.

Séquence de découverte de l'électricité et des circuits électriques dans le but de construire un jeu : la main électrique.

Déroulement des séances

1

Découverte du matériel

Dernière mise à jour le 10 février 2021
Discipline / domaine
Vivant, matière, objets
Objectif
Découvrir, nommer et dessiner des composants électriques.
Durée
45 minutes (2 phases)
Matériel
Pour chaque élève :
- Fiche d'activité p. 1
Pour chaque groupe :
- 1 pile 3LR12, 4,5 V
- 1 ampoule 3,5 V
Pour la classe :
- d'autres modèles de piles ou de batteries (AA LR6 1,5 V, AAA LR03 1,5 V...)
- d'autres modèles d'ampoules

1. Observation

binômes | 15 min. | découverte

Mise en place des binômes et distribution de la pile et de l'ampoule dans une barquette pour chaque groupe. Faire nommer la pile et l'ampoule.

Les gourdes et bouteilles d'eau doivent être rangées. Les piles et les ampoules ne sont pas des jouets, on les observe uniquement pour le moment.

Réalisation d'un dessin de la pile et de l'ampoule.

2. Mise en commun

collectif | 30 min. | mise en commun / institutionnalisation

Les élèves décrivent les dessins réalisés, ils peuvent être projetés au tableau. À partir des ces dessins, on réalise un dessin collectif.

Les dessins réalisés par les élèves contiennent des détails inutiles : étiquette de la pile, marque... Ils sont à garder mais le dessin collectif est fait à côté.

 

Pile

La pile est carrée avec 2 lamelles sur le haut représentées par des traits (un court et un long). Le carré reste blanc (pas de marque, de dessin ou de coloriage). Le dessin est légendé : lamelles (bornes).

Le terme de "bornes" est apporté. Il est intéressant d'observer que les bornes sont différenciées sur la pile (+ et -).

D'autres piles et batteries sont présentées à la classe avec le constat qu'elles ont chacunes une borne positive et une borne négative.

Les élèves savent généralement que la pile sert à donner de l'électricité.

La pile n'est pas un jouet. À ce stade, il est strictement interdit de mettre un objet en contact avec les 2 bornes en même temps, il y a un risque de court-circuit (de se blesser et d'abimer le matériel). Toutefois, les risques sont faibles car la pile n'est pas très puissante.

 

Ampoule

L'ampoule est plus complexe à réaliser. Elle est composée d'un globe en verre contenant un "fil de fer", et d'une partie basse en métal. Le dessin est légendé : globe en verre, filament, culot et plot (les 2 bornes).

Le vocabulaire spécifique est apporté. On constate que c'est probablement par le filament que l'ampoule fait de la lumière.

Le rôle du culot et du plot n'est pas indiqué mais on précise qu'il s'agit des 2 bornes de l'ampoule.

D'autres ampoules de différentes tailles sont présentées.

Les élèves savent que l'ampoule sert à produire de la lumière et qu'elle a besoin d'électricité pour fonctionner.

2

Allumer une ampoule

Dernière mise à jour le 10 février 2021
Discipline / domaine
Vivant, matière, objets
Objectif
- Allumer l'ampoule.
Durée
35 minutes (2 phases)
Matériel
Pour chaque élève :
- Fiche d'activité p. 2
Pour chaque groupe :
- 1 pile 3LR12, 4,5 V
- 1 ampoule 3,5 V

1. Manipulation

binômes | 15 min. | recherche

La séance commence par un rappel des consignes de sécurité :

La pile et l'ampoule ne sont pas des jouets, on ne fait pas n'importe quoi avec.

Les gourdes et bouteilles d'eau sont rangées.

Vous avez 1 pile et 1 ampoule pour chaque groupe. Vous devez allumer l'ampoule.

Les dessins de la séance précédente peuvent aider, notamment la légende des dessins : les bornes sont indiquées sur chacun des 2 dessins.

2. Mise en commun

collectif | 20 min. | mise en commun / institutionnalisation

Certains groupes comprennent la mise en contact des bornes de la pile et de l'ampoule et réussissent à allumer l'ampoule. D'autres groupes arrivent à l'allumer un peu par hasard.

Présentation

Mise en commun des résultats : les élèves de certains groupes présentent au reste de la classe leur façon d'allumer l'ampoule.

On constate qu'il doit y avoir un contact entre les bornes de la pile et les bornes de l'ampoule.

Dessin

On réalise le dessin de ce montage électrique. La pile doit être dessinée de manière simple, comme lors de la séance précédente. L'ampoule doit être dessinée avec le plot au contact d'une lamelle et le culot au contact de l'autre lamelle. L'ampoule peut être dessinée plus simplement : il n'est pas nécessaire de dessiner le filament par exemple.

Les contacts entre les lamelles de la pile et l'ampoule doivent être corrects : au niveau du culot et du plot.

L'ampoule s'allume, on peut donc colorier en jaune le globe en verre.

Conclusion

"On observe que quand le culot de l'ampoule touche une lamelle de la pile et le plot de l'ampoule touche l'autre lamelle, alors l'ampoule s'allume."

3

Allumer une ampoule à distance.

Dernière mise à jour le 10 février 2021
Discipline / domaine
Vivant, matière, objets
Objectif
- Utiliser des fils électriques pour allumer une ampoule.
Durée
50 minutes (4 phases)
Matériel
Pour chaque élève :
- Fiche d'activité p. 3-4
Pour chaque groupe :
- 1 pile 3LR12, 4,5 V
- 1 ampoule 3,5 V
- 2 fils électriques avec pinces crocodiles
Informations théoriques
Pour réaliser un schéma électrique :
- le fil électrique est représenté par un trait droit (tracé à la règle)
- une pile est représentée par 2 traits parallèles avec un + et un -
- une ampoule est représentée par une croix dans un rond. Quand l'ampoule est allumée, le symbole est colorié en jaune.

1. Présentation et sécurité

collectif | 5 min. | découverte

Distribuer à chaque binôme une barquette contenant le matériel. On constate la présence de fils électriques.

Vous devez allumer l'ampoule sans qu'elle touche directement la pile.

La pile et l'ampoule ne sont pas des jouets, on ne fait pas n'importe quoi avec.

Les gourdes et bouteilles d'eau sont rangées.

Il ne faut pas mettre un fil électrique pour relier directement les 2 bornes de la pile : risque de court-circuit.

2. Manipulation

collectif | 10 min. | recherche

Les élèves cherchent à utiliser correctement les fils électriques pour relier la pile et l'ampoule.

En cas de besoin, ils peuvent se référer au travail de la séance précédente : les bornes de la pile et de l'ampoule doivent être reliés.

Ils réussissent globalement à trouver la solution.

3. Mise en commun

collectif | 20 min. | mise en commun / institutionnalisation

On constate que pour allumer l'ampoule, il faut que les fils électriques relient les bornes de la pile avec les bornes de l'ampoule.

Dessin

Il faut dessiner une pile et une ampoule qui ne se touchent pas. On dessine ensuite les deux fils électriques entre les bornes de la pile et de l'ampoule.

Les fils doivent bien toucher le culot et le plot de l'ampoule.

Avec ce montage, l'ampoule s'allume, on peut donc la colorier en jaune.

Conclusion

"Pour que l'ampoule s'allume, un fil doit relier une lamelle de la pile au culot de l'ampoule et l'autre fil doit relier l'autre lamelle de la pile au plot de l'ampoule."

4. Le schéma électrique

collectif | 15 min. | découverte

Pour simplifier les dessins de circuits électriques, on peut faire des schémas électriques.

Symboles

Montrer aux élèves les 4 symboles utilisés pour faire les schémas et les laisser émettre des hypothèses.

Le symbole le plus facile à reconnaitre est celui de la pile, on y reconnait les 2 bornes (+ et -).

Le fil électrique est représenté par un trait droit.

Les élèves peuvent en déduire que le symbole du rond barré représente l'ampoule. On le colorie en jaune lorsque l'ampoule est allumée.

Schéma

En utilisant ces symboles, on peut réaliser le schéma du circuit électrique du début de la séance.

4

Allumer 2 ampoules avec 1 pile (partie 1)

Dernière mise à jour le 10 février 2021
Discipline / domaine
Vivant, matière, objets
Objectif
- Allumer 2 ampoules en utilisant une seule pile.
Durée
40 minutes (4 phases)
Matériel
Pour chaque élève :
- Fiche d'activité p. 5-6
Pour chaque groupe :
- 1 pile 3LR12, 4,5 V
- 2 ampoules 3,5 V
- 2 douilles adaptées aux piles 3,5 V
- 4 fils électriques avec pinces crocodiles
Remarques
Il est possible de mettre plus de fils que nécessaire à chaque groupe pour ne pas les influencer.

1. Allumée ou éteinte ?

individuel | 5 min. | réinvestissement

Faire l'exercice de la page 5.

Coloriez en jaune les ampoules qui sont allumées

Cet exercice permet de faire un rappel du branchement de l'ampoule à la pile par les 2 bornes de chacune.

2. Présentation et sécurité

collectif | 5 min. | découverte

Distribuer à chaque binôme une barquette contenant le matériel.

Vous devez allumer 2 ampoules en utilisant 1 seule pile.

La pile et l'ampoule ne sont pas des jouets, on ne fait pas n'importe quoi avec.

Les gourdes et bouteilles d'eau sont rangées.

Il ne faut pas mettre un fil électrique pour relier directement les 2 bornes de la pile : risque de court-circuit. Si vous avez un doute, demandez moi avant de brancher votre circuit.

3. Manipulation

binômes | 10 min. | recherche

Les élèves utilisent le matériel à leur disposition pour essayer d'allumer les 2 ampoules en utilisant 1 seule pile.

Les circuits réalisés par la plupart des groupes sont des circuits en parallèles :

  • les 2 ampoules sont reliées chacune par 2 fils à la pile
  • 1 ampoule est reliée par des fils, l'autre ampoule est mise en contact direct avec les lamelles de la pile.

4. Mise en commun

collectif | 20 min. | découverte
Présentation des circuits

Les élèves présentent leur circuit au reste de la classe. On constate des circuits avec 2 fils ou 4 fils.

Ces circuits sont identiques dans leur fonctionnement, 1 ampoule est juste plus ou moins éloignée de la pile.

Fiche d'activité

Les élèves remplissent la page d'activité 6 avec le matériel qu'ils ont utilisés et le dessin de leur circuit électrique.

Ils peuvent essayer de réaliser le schéma électrique, il est ensuite réalisé en commun.

Conclusion

"Ce type de circuit s'appelle un circuit en parallèle. On peut brancher et débrancher plusieurs ampoules à la pile, les autres continuent de fonctionner."

5

Allumer 2 ampoules avec 1 pile (partie 2)

Dernière mise à jour le 06 avril 2021
Discipline / domaine
Vivant, matière, objets
Objectif
- Allumer 2 ampoules en utilisant une seule pile.
Durée
40 minutes (3 phases)
Matériel
Pour chaque élève :
- Fiche d'activité p. 7
Pour chaque groupe :
- 1 pile 3LR12, 4,5 V
- 2 ampoules 3,5 V
- 2 douilles adaptées aux piles 3,5 V
- 4 fils électriques avec pinces crocodiles
Informations théoriques
Dans un circuit en série, plus le nombre de récepteurs est grand, plus l'intensité du courant électrique est faible : c'est la loi d'unicité du courant électrique.
Durant cette séance, cette notion est simplifiée : "les récepteurs doivent partager l'électricité et en ont donc moins chacun."
Remarques
Il est possible de mettre plus de fils que nécessaire à chaque groupe pour ne pas les influencer.

1. Présentation et sécurité

collectif | 5 min. | découverte

Distribuer à chaque binôme une barquette contenant le matériel. Remontrer le circuit en parallèle de la séance précédente : le circuit doit être différents.

Vous devez allumer 2 ampoules en utilisant 1 seule pile.

La pile et l'ampoule ne sont pas des jouets, on ne fait pas n'importe quoi avec.

Les gourdes et bouteilles d'eau sont rangées.

Il ne faut pas mettre un fil électrique pour relier directement les 2 bornes de la pile : risque de court-circuit. Si vous avez un doute, demandez moi avant de brancher votre circuit.

2. Manipulation

binômes | 15 min. | recherche

Les élèves utilisent le matériel à leur disposition pour essayer d'allumer les 2 ampoules en utilisant 1 seule pile.

Le circuit en série est plus difficile à trouver pour les élèves. Au cours de la recherche, il est possible de leur donner quelques indices pour les mettre sur la piste :

Il ne faut que 3 fils pour faire le circuit.

Un des fils n'est pas relié directement à la pile.

Ce fil relie donc les 2 ampoules.

3. Mise en commun

collectif | 20 min. | découverte
Présentation des circuits

Les élèves présentent leur circuit au reste de la classe. On constate que les ampoules ne s'allument pas beaucoup : d'après les élèves, les ampoules ne fonctionnent plus correctement. On teste donc chacune des ampoules en les mettant directement au contact des lamelles de la pile sans autre branchement, on constate que les ampoules fonctionnent bien. C'est donc seulement dans ce circuit que les ampoules s'allument moins.

Apport de l'enseignant : dans ce circuit électrique, l'électricité est "partagée" entre les 2 ampoules. Elles ont donc moins d'électricité chacune.

Fiche d'activité

Les élèves remplissent la page d'activité 6 avec le matériel qu'ils ont utilisés et le dessin de leur circuit électrique.

Ils peuvent essayer de réaliser le schéma électrique, il est ensuite réalisé en commun.

Conclusion

"Ce type de circuit s'appelle un circuit en série. Plus il y a d'ampoules et moins elles brillent, si on en débranche une, toutes les ampoules s'éteignent."

6

Isolant ou conducteur

Dernière mise à jour le 06 avril 2021
Discipline / domaine
Vivant, matière, objets
Objectif
- Tester les propriétés de quelques matériaux : isolant ou conducteur
Durée
45 minutes (3 phases)
Matériel
Pour chaque élève :
- Fiche d'activité p. 8-9
Pour chaque groupe :
- 1 pile 3LR12, 4,5 V
- 1 ampoule 3,5 V
- 1 douille adaptée aux ampoules 3,5 V
- 3 fils électriques avec pinces crocodiles
- matériaux à tester : une feuille, un crayon gris, une paire de ciseaux, une gomme, des bocaux contenant de l'eau (pure et salée), du papier aluminium, du fil de fer.
Informations théoriques
- Les conducteurs électriques sont des matériaux qui conduisent le courant électrique : c'est le cas des métaux, du graphite (mine de crayon gris) et de l'eau salée ou minérale.
- Les isolants électriques sont des matériaux qui ne conduisent pas le courant électrique : c'est le cas de tous les matériaux solides à l'exception des métaux et du graphite. L'eau pure est isolante.
On teste la conductivité des matériaux avec un circuit électrique simple : une ampoule et le matériau à tester sont branchés en série. Si la lampe brille, le courant électrique circule donc le matériau testé est conducteur. Si la lampe ne brille pas, il est isolant.

1. Présentation et sécurité

collectif | 10 min. | découverte

Distribuer à chaque binôme une barquette contenant le matériel.

Vous devez refaire le circuit électrique en série. Vous laissez un trou à la place de la 2e ampoule.

La pile et l'ampoule ne sont pas des jouets, on ne fait pas n'importe quoi avec.

Les gourdes et bouteilles d'eau sont rangées.

Il ne faut pas mettre un fil électrique pour relier directement les 2 bornes de la pile : risque de court-circuit. Si vous avez un doute, demandez moi avant de brancher votre circuit.

Une fois que le circuit est refait  et vérifié. Présenter l'objectif du jour.

Nous allons tester si l'électricité passe par différents matériaux.

Si l'électricité passe à travers le matériau, alors l'ampoule s'allume, sinon l'ampoule ne s'allume pas.

2. Manipulation

binômes | 10 min. | recherche

Les élèves testent les différents matériaux dans leur circuit électrique et reportent les résultats dans le tableau de la fiche d'activité p. 9.

Quand tous les tests sont faits, les élèves peuvent commencer à faire le dessin et le schéma du circuit électrique de la fiche d'activité p. 8.

3. Mise en commun

collectif | 25 min. | mise en commun / institutionnalisation

Réaliser le dessin et le schéma du circuit électrique.

Tester devant la classe les différents matériaux dans un circuit électrique pour vérifier les résultats des élèves.

Remplir de manière collective le tableau en ajoutant la matière de chacun des objets testés.

Conclusion

Pour conclure, on peut remarquer que certains matériaux laissent passer l'électricité (notamment les métaux) et que d'autres matériaux ne laissent pas passer l'électricité.

L'ampoule brille quand on met les métaux, le graphite et l'eau salée dans le circuit électrique.

Ces objets sont des conducteurs.

L'ampoule ne brille pas quand on met les autres matériaux et l'eau pure dans le circuit électrique.

Ces objets sont isolants.

7

La main électrique

Dernière mise à jour le 06 avril 2021
Discipline / domaine
Vivant, matière, objets
Objectif
- Concevoir un jeu contenant un circuit électrique.
Durée
120 minutes (3 phases)
Matériel
Pour chaque élève :
- Fiche d'activité p. 10
À disposition des élèves
- piles 3LR12, 4,5 V
- ampoules 3,5 V
- douilles adaptées aux ampoules 3,5 V
- fils électriques avec pinces crocodiles
- boites à chaussures apportées par les élèves.
- fil de fer
- gros scotch
Outils à disposition des élèves, utilisés sous la surveillance d'un adulte ou utilisés par un adulte à la demande des élèves :
- vrilles
- pince coupante
Informations théoriques
La main électrique est un jeu d'adresse dans lequel le joueur doit parcourir un chemin en fil électrique avec un anneau. Une lampe s'allume lorsque le joueur touche le fil électrique avec l'anneau.
Remarques
L'enseignant a préparé en avance un exemplaire du jeu pour le présenter à la classe. Le circuit électrique à l'intérieur du jeu n'est toutefois pas montré.

1. Présentation et sécurité

collectif | 15 min. | découverte

Présentation et démonstration du jeu.

Vous devez réaliser le jeu avec le matériel à votre disposition. Pour cela, vous devez réfléchir au circuit électrique utilisé.

Les élèves peuvent aller à tout de rôle, en binômes, tester le jeu installer au fond de la classe. ils n'ont pas le droit de l'ouvrir pour regarder le circuit électrique.

2. Conception du jeu

binômes | 90 min. | recherche

Les élèves réfléchissent au circuit électrique et au montage à réaliser.

Difficultés
  • Les élèves doivent réussir à concevoir le circuit électrique en incluant toutes les parties du jeu (fil électrique, anneau, pile et ampoule).
  • Ils doivent réussir à assembler tous les éléments pour qu'ils tiennent ensemble.

 

3. Dessin du circuit électrique

collectif | 15 min. | remédiation

Réalisation du dessin du circuit électrique sur la fiche d'activité p. 10.

Cette phase sert de correction pour les quelques binômes qui n'ont pas réussi à concevoir le circuit électrique du jeu.