Isolants et conducteurs

Isolants et conducteurs
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Objet de la leçon
Démontrer les concepts de conduction et d’isolation électrique. Remarque : Ce plan de leçons est conçu pour être
réalisé en classe uniquement, sous la supervision d’un enseignant ayant de bonnes notions d’électricité et
d’électronique.
Sommaire de la leçon
L’activité « Isolants et conducteurs » encourage les élèves à tester en classe différents matériaux afin de
déterminer s’il s’agit de conducteurs ou d’isolants électriques. Les élèves travaillent en équipes pour tester leurs
prédictions sur chaque matériau, puis comparent leurs résultats et discutent de leurs observations.
Niveaux d’âge
8-11 ans.
Objectifs
Etudier les propriétés électriques de différents matériaux.
Apprendre comment les conducteurs et les isolants réagissent au courant électrique.
Résoudre de simples manipulations algébriques faisant intervenir des carrés et des racines carrées.
Apprendre à prédire des résultats et à tirer des conclusions.
Apprendre le travail d’équipe et la résolution des problèmes en groupes.
Résultats escomptés à la fin de la leçon
Au terme de cette activité, les élèves devraient acquérir une compréhension des sujets suivants :
les propriétés électriques
les conducteurs et les isolants
les circuits et le courant
réaliser et tester des prédictions
le travail d’équipe
Activités de la leçon
Les élèves testent différents matériaux dans un circuit en vue de déterminer s’ils se comportent comme des
isolants ou des conducteurs. Les élèves réalisent des prédictions sur chaque matériau et discutent des résultats en
équipes et avec la classe. Les équipes d’élèves construisent également leur propre testeur de circuit à l’aide de fils
électriques, de piles et d’une ampoule.
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Ressources/Matériaux
Documents de ressource aux enseignants (en pièces jointes)
Feuille de travail des élèves (en pièce jointe)
Fiche de ressource aux élèves (en pièce jointe)
Alignement sur les structures des programmes scolaires
Voir la fiche ci-jointe décrivant l’alignement des programmes scolaires.
Liens Internet
TryEngineering (www.tryengineering.org)
Musée virtuel de l’IEEE (www.ieee-virtual-museum.org) (en anglais)
ITEA Standards for Technological Literacy: Content for the Study of Technology (en anglais)
(www.iteawww.org/TAA/Publications/STL/STLMainPage.htm)
McREL Compendium of Standards and Benchmarks (en anglais)
(www.mcrel.org/standards-benchmarks) Une compilation des normes en matière de contenu des
programmes scolaires de la maternelle au secondaire, en formats recherche et navigation.
Principes et normes en matière de mathématiques scolaires établis par le Conseil national américain des
enseignants en mathématiques (en anglais) (www.nctm.org/standards)
National Institute of Standards and Technology (NIST) (www.nist.gov)
Informations sur les mesures et l’incertitude des mesures (en anglais).
National Science Education Standards (en anglais) (www.nsta.org/standards)
Lecture recommandée (en anglais)
« DK Eyewitness Series: Electricity » (ISBN: 0751361321)
« Make Cool Gadgets for Your Room », de Amy Pinchuk et Teco Rodriques (ISBN : 1894379128)
« My World of Science: Conductors and Insulators », de Angela Royston
(Heinemann Educational Books, ISBN : 0431137269)
Activité d’écriture facultative
Rédiger une dissertation (ou un paragraphe selon l’âge) décrivant un produit qui ne fonctionnerait pas
correctement s’il était fabriqué avec d’autres matériaux. Par exemple, si le filament d’une ampoule
lumineuse était en plastique, elle ne fonctionnerait pas.
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Pour les enseignants :
Alignement sur les structures des programmes scolaires
Remarque : Tous les plans de leçons de cette série sont alignés sur les normes nationales pour
l’enseignement des sciences (National Science Education Standards), établies par le Conseil national de recherche des EtatsUnis (National Research Council) et approuvées par l’Association nationale des enseignants des sciences des Etats-Unis
(National Science Teachers Association), et si applicable, sur les normes internationales d’enseignement de la
technologie pour l’alphabétisation technologique (International Technology Education Association's Standards for
Technological Literacy).
Normes nationales pour l’enseignement des sciences de la maternelle au primaire (4 à 9 ans)
NORME DE CONTENU A : Enquête scientifique
Au terme de leurs activités, tous les élèves devraient acquérir
Les aptitudes nécessaires pour réaliser des enquêtes scientifiques
Une compréhension de l’enquête scientifique
NORME DE CONTENU B : Sciences physiques
Au terme de leurs activités, tous les élèves devraient acquérir une compréhension de :
La lumière, la chaleur, l’électricité et le magnétisme
NORME DE CONTENU E : Science et technologie
Au terme de leurs activités, tous les élèves devraient acquérir
Une compréhension de la science et de la technologie
Normes nationales pour l’enseignement des sciences de la CM2 à la quatrième (10 à 14 ans)
NORME DE CONTENU A : Enquête scientifique
Au terme de leurs activités, tous les élèves devraient acquérir
Les aptitudes nécessaires pour réaliser des enquêtes scientifiques
Une compréhension de l’enquête scientifique
NORME DE CONTENU B : Sciences physiques
Au terme de leurs activités, tous les élèves devraient acquérir une compréhension de :
Les propriétés et les changements de propriétés de la matière
Le transfert d’énergie
NORME DE CONTENU E : Science et technologie
Au terme de leurs activités, tous les élèves devraient acquérir
Une compréhension de la science et de la technologie
Normes pour l’alphabétisation technologique- Tous âges
Conception
Norme 10 : Les élèves acquerront une compréhension du rôle du dépannage, de la recherche et du
développement, de l’invention et de l’innovation, et de l’expérimentation dans la résolution des
problèmes.
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Pour les enseignants :
Ressources aux enseignants
Matériaux
•
•
•
•
•
•
Guide de ressource et feuille de travail des élèves
3 fils électriques (extrémités dénudées)
Pile (format D)
Ampoule d’1,5 volt et prise électrique
attaches parisiennes
Divers matériaux conducteurs et isolants ;
suffisamment pour que chaque équipe puisse
choisir dix matériaux parmi au moins 40
(suggestions : trombone en métal, papier, gomme,
papier aluminium, stylo en métal, élastique,
crayon, pièce de monnaie, pince à cheveux, clé.)
Marche
à suivre
1. Construisez pour la classe un modèle de circuit électrique formé de fils électriques, d’ampoules et d’une
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
pile. Démontrez les propriétés d’isolation et de conductivité en testant différents matériaux.
Distribuez à chaque élève les fiches de référence. (Remarque : vous pouvez les donner à lire la veille en
préparation de ce cours.)
Exposez le modèle de circuit avec un objet isolant et un objet conducteur.
Répartissez les élèves en petits groupes de 3 ou -4.
Remettez à chaque groupe des fils électriques, une ampoule et une pile, et demandez-leur de construire
leur propre testeur de conductivité.
Demandez à chaque groupe de sélectionner, parmi les différents matériaux disponibles (voir liste), cinq
objets qui sont, selon eux, conducteurs d’électricité. Chaque groupe sélectionnera également cinq
matériaux qui ne conduisent pas l’électricité. Les élèves noteront leur choix dans leur feuille de travail.
Chaque groupe effectuera ses prédictions qui devront être testées par un autre groupe, de sorte que chaque
équipe teste les prédictions d’une autre.
Les résultats sont inscrits dans la feuille de travail des élèves et partagés avec le groupe.
Temps
nécessaire
1 ou 2 sessions de cours
Activités complémentaires
•
Demandez aux élèves d’apporter de la maison des objets qui pourront être testés.
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Ressource aux élèves :
Que sont les conducteurs et les isolants ?
Conducteurs/Conductivité
La conductivité est la capacité de conduire ou de transmettre la chaleur, l’électricité ou le son.
Les conducteurs sont des matériaux qui permettent à l’électricité de passer facilement, qui ne résistent pas au flux
d’électricité. Le cuivre, l’aluminium, l’acier, l’argent, l’or et les électrolytes sont des exemples de conducteurs.
Certains matériaux conduisent mieux l’électricité que d’autres.
Isolants
Les isolants sont des matériaux qui résistent au flux d’électricité et ne laissent donc pas facilement passer le
courant électrique. Le plastique, le bois, le caoutchouc, les tissus, l’air et le verre sont des exemples d’isolants.
Certains matériaux sont de meilleurs isolants électriques que d’autres.
Défi
D’après vous, les objets suivants sont-ils des conducteurs ou des isolants ?
Stylo en métal
Gomme
Conducteur
Isolant
Crayon
Conducteur
Isolant
Trombone
Isolant
Pièce de monnaie
Conducteur
Conducteur
Isolant
Conducteur
Isolant
Conducteur
Isolant
Craie
Conductor
Insulator
Clou
Cuiller
Conducteur
Enveloppe en papier
Isolant
Conducteur
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Isolant
Ressource aux élèves :
Qu’est-ce qu’un circuit simple ?
Circuit simple
Un circuit simple est constitué des trois éléments minimum requis pour réaliser un circuit électrique opérationnel :
une source d’électricité (pile), un chemin ou conducteur par lequel s’écoule le courant électrique (fil) et une
résistance électrique (ampoule), c’est-à-dire tout dispositif ayant besoin d’électricité pour fonctionner.
L’illustration ci-dessous montre un circuit simple constitué d’une pile, de deux fils électriques et d’une ampoule.
L’électricité circule en un flux continu depuis la borne haute tension (+) de la pile à travers l’ampoule (qui
s’allume) et vers la borne négative (-) de la pile.
Schéma
de principe d’un circuit simple
Voici un schéma de principe du circuit simple montrant les symboles électroniques de la pile, de l’interrupteur et
de l’ampoule.
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Feuille de travail des élèves :
Activité « Isolants et conducteurs »
Marche
à suivre
Des fils électriques, une ampoule et une pile seront distribués à votre équipe. Montez un testeur de conductivité
similaire à celui montré ci-dessous.
Identifiez ensuite en équipe cinq matériaux qui conduisent le courant électrique (conducteurs) et cinq autres qui ne
le conduisent pas (isolants). Notez-les dans votre feuille de travail. Échangez ensuite votre feuille de travail avec
celle d’une autre équipe. Vous testerez les prédictions de l’autre équipe.
Testez chaque matériau et remettez vos résultats à l’équipe dont vous avez testé les prédictions. Discutez en
groupe de vos observations. Qu’est-ce qui vous a surpris ?
Vous pouvez fabriquer un modèle de testeur de conductivité simple à l’aide d’une pile, de trois fils électriques et
d’une ampoule, comme montré ci-dessous. Si un matériau qui conduit l’électricité est placé entre deux attaches
en métal, l’ampoule s’allume. Si le matériau placé entre les deux attaches ne conduit pas l’électricité, l’ampoule
ne s’allume pas. D’une certaine façon, en introduisant un conducteur simple dans le circuit, puis en le retirant,
vous créez un interrupteur simple.
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Feuille de travail des élèves :
Prédictions de l’Equipe 1 :
Matériaux considérés comme
des conducteurs par l’Equipe 1
Matériaux considérés comme des
isolants par l’Equipe 1
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
Résultats de l’Equipe 2 :
Testez les matériaux sélectionnés par l’Equipe 1, puis inscrivez chacun dans l’espace approprié.
Conducteurs
Isolants
Questions :
1. Quel pourcentage des prédictions de l’Equipe 1 était correct ?
2. Pourquoi les ingénieurs civils ou autres personnes travaillant sur la conception d’une structure, doivent-ils bien
connaître les conducteurs et les isolants ?
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