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Sciences et technologie · CM2

Observer un mouvement et construire un circuit

La description d’une trajectoire dépend de l’observateur choisi. Un circuit électrique simple fonctionne lorsque ses composants forment une boucle fermée et sûre.

Les activités numériques préparent et prolongent le travail en classe. Le protocole précise les observations, mesures ou réalisations à faire réellement.

Ce que nous allons travailler

  • Décrire une trajectoire selon l’observateur.
  • Relier mouvements apparents et mouvements Terre-Soleil.
  • Convertir des unités utiles au mouvement.
  • Construire et schématiser un circuit à une boucle.
  • Respecter la sécurité et distinguer conducteurs et isolants.

Observateur

Un passager immobile dans un train est au repos par rapport au train mais en mouvement par rapport au quai. Il faut toujours préciser le référentiel.

Terre et Soleil

La rotation de la Terre explique le mouvement apparent quotidien du Soleil ; sa révolution autour du Soleil dure environ une année.

Comparer des mouvements

Une trajectoire décrit le chemin suivi. Pendant une même durée, l’objet qui parcourt la plus grande distance est qualitativement le plus rapide ; sur une même distance, celui qui met le moins de temps est le plus rapide. Des positions espacées régulièrement sur une chronophotographie indiquent une vitesse constante, sinon elle varie.

Circuit

Une lampe s’allume si une boucle fermée relie correctement les bornes. Le schéma emploie des symboles conventionnels.

Matériaux et sécurité

Un conducteur inséré dans la boucle laisse circuler le courant ; un isolant l’interrompt. En classe, on utilise uniquement du matériel basse tension prévu à cet effet, jamais une prise secteur.

Des formes d’énergie

Un objet élevé possède une énergie de pesanteur par rapport à une position basse ; lorsqu’il descend, une partie devient énergie cinétique, associée au mouvement. Dans une centrale hydraulique, l’eau met en rotation une turbine liée à un alternateur qui fournit de l’énergie électrique. La conversion n’est pas totale : des transferts thermiques accompagnent le fonctionnement.

Dans la lampe

La pile fournit de l’énergie électrique à la lampe. La lampe à incandescence la convertit en lumière et en énergie thermique. Elle n’est pas une source d’énergie inépuisable. Un circuit ouvert interrompt la circulation du courant.

Programme et sources

En CM2, le programme 2023 reste applicable en 2026-2027. Ces objectifs du BO 2026 s’appliquent au CM2 à partir de septembre 2027 ; le module reste compatible avec le programme 2023 de fin de cours moyen.

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Choisir l’observateur

Prénom : ____________________ Date : ______________

Classe la description du même passager.

Catégories : Par rapport au train · Par rapport au quai

ÉlémentCatégorie
Le passager assis reste à la même place________________Par rapport au train — Sa position ne change pas dans le wagon.
Le passager traverse le paysage avec le wagon________________Par rapport au quai — Sa position change par rapport au sol.
Son sac posé à côté reste immobile________________Par rapport au train — Sac et passager partagent le référentiel du wagon.
Il s’éloigne de la gare________________Par rapport au quai — La gare appartient au référentiel terrestre.

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Décrire le mouvement de la Terre autour du Soleil

Prénom : ____________________ Date : ______________

Prépare puis réalise une maquette avec une grosse balle pour le Soleil et une petite pour la Terre. Le Soleil reste fixe dans ce modèle héliocentrique simplifié.

Repères

Place le Soleil, puis la Terre sur un trajet fermé autour de lui. Situe la Terre comme troisième planète à partir du Soleil en rappelant Mercure et Vénus.

Révolution

Déplace la petite balle autour du Soleil ; marque quatre positions puis le retour au point de départ. Décris ce mouvement par rapport au Soleil et associe le tour à environ une année.

Rotation

Ajoute un repère sur la balle-Terre puis fais-la tourner sur elle-même : distingue rotation quotidienne et révolution annuelle. Ces mouvements ont lieu simultanément.

Trace

Dessine la maquette avec flèches, noms, point de vue et durées ; explique oralement le mouvement de la Terre par rapport au Soleil.

Limites

Indique que tailles, distances et durées sont réduites différemment et que l’orbite réelle est une ellipse peu excentrique. Ce modèle simple ne suffit pas à expliquer les saisons.

Critères de réussite

  • Terre troisième planète
  • Révolution autour du Soleil reliée à l’année
  • Rotation sur elle-même distinguée
  • Point de vue héliocentrique annoncé
  • Limites d’échelle explicites

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Distances et durées dans les mêmes unités

Prénom : ____________________ Date : ______________

Convertis des mesures de trajet avant de les comparer.

Un trajet de 1,2 km mesure…

  • □ 120 m
  • □ 1 200 m
  • □ 12 000 m

Réponse : 1 200 m. Un kilomètre vaut mille mètres.

Un déplacement dure 2 min 15 s, soit…

  • □ 215 s
  • □ 125 s
  • □ 135 s

Réponse : 135 s. Deux minutes font 120 secondes ; on ajoute 15 secondes.

90 secondes correspondent à…

  • □ 1 min 30 s
  • □ 0 min 90 centièmes
  • □ 9 min

Réponse : 1 min 30 s. 60 secondes forment une minute ; il reste 30 secondes.

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Droite ou cercle : par rapport à qui ?

Prénom : ____________________ Date : ______________

Observe les situations décrites et conserve l’observateur annoncé.

Catégories : Rectiligne · Circulaire

ÉlémentCatégorie
Un train suit une voie droite, vu d’une personne sur le quai.________________Rectiligne — La trajectoire suit une droite par rapport au quai.
Une marque près du bord d’un disque tourne autour de son axe fixe, vue de face.________________Circulaire — La marque reste à distance constante de l’axe et décrit un cercle.
Un ascenseur monte verticalement, vu du bâtiment.________________Rectiligne — Le déplacement se fait suivant une droite verticale.
Un élève se déplace autour d’un camarade immobile en gardant une ficelle tendue de longueur constante.________________Circulaire — Le chemin est circulaire par rapport au camarade central.

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Mesurer un mouvement

Prénom : ____________________ Date : ______________

Compare qualitativement les mouvements, sans calculer une vitesse.

Pendant 10 secondes, A parcourt 20 m et B parcourt 35 m. Lequel est le plus rapide ?

  • □ A
  • □ B
  • □ Impossible avec ces données

Réponse : B. À durée égale, B parcourt la plus grande distance.

A et B parcourent 50 m. A met 12 s et B met 18 s. Lequel est le plus rapide ?

  • □ A
  • □ B
  • □ Ils ont la même vitesse

Réponse : A. À distance égale, A met moins de temps.

Sur des clichés pris à intervalles égaux, les positions sont régulièrement espacées. La vitesse est…

  • □ constante
  • □ forcément nulle
  • □ variable

Réponse : constante. Des distances égales pendant des durées égales indiquent une vitesse constante.

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Rechercher les règles avant le montage

Prénom : ____________________ Date : ______________

Avec l’enseignant, lis la ressource INRS « Risque électrique : ce qu’il faut retenir » référencée dans cet atelier. Repère les passages qui expliquent les dangers du courant et la nécessité d’une prévention adaptée.

Distingue les principes de prévention lus dans la source INRS et les règles de classe ci-dessous, adaptées par l’enseignant. Justifie chacune par un risque évité : matériel scolaire basse tension, absence de branchement secteur, vérification des fils et des contacts. Prévois aussi d’ouvrir l’interrupteur avant de modifier le circuit et de ne jamais relier directement les deux bornes d’une pile. Fais valider le montage par l’enseignant avant de fermer la boucle.

Critères de réussite

  • La source et son titre sont cités
  • Les règles sont reformulées et reliées à un risque
  • Aucune prise secteur ni fil dégradé
  • Le court-circuit direct de la pile est évité
  • Les règles sont vérifiées avant l’essai

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Conducteur ou isolant

Prénom : ____________________ Date : ______________

Classe les matériaux secs testés dans un circuit basse tension.

Catégories : Conducteur dans ce test · Isolant dans ce test

ÉlémentCatégorie
Fil de cuivre dénudé________________Conducteur dans ce test — Le cuivre conduit le courant.
Règle en plastique________________Isolant dans ce test — Le plastique sec est isolant dans ce montage.
Feuille d’aluminium________________Conducteur dans ce test — L’aluminium conduit.
Bâtonnet de bois sec________________Isolant dans ce test — Le bois sec ne ferme pas le circuit de ce test.

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Schéma normalisé

Prénom : ____________________ Date : ______________

Dessine la boucle testée avec les symboles fournis par l’enseignant.

Représente pile, lampe, interrupteur, fils et matériau testé.

Critères de réussite

  • Boucle complète
  • Symboles conventionnels
  • Connexions sans ambiguïté
  • État ouvert ou fermé indiqué

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Construire et diagnostiquer

Prénom : ____________________ Date : ______________

Teste une boucle basse tension.

Étape 1

Construire pile-lampe en boucle.

Étape 2

Ouvrir puis fermer le circuit.

Étape 3

Schématiser.

Étape 4

Insérer un matériau.

Étape 5

Noter lampe allumée ou éteinte.

Étape 6

Diagnostiquer une panne simple connexion par connexion.

Critères de réussite

  • Le matériel et les mesures sont précisés
  • La trace permet de comparer les essais
  • Une lampe éteinte prouve-t-elle toujours que le matériau est isolant ?
  • Quels contrôles éliminent une mauvaise connexion ?

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Construire un convertisseur : la lampe

Prénom : ____________________ Date : ______________

Prépare une pile scolaire et une petite lampe à incandescence compatible, son support, des fils à pinces et un interrupteur. Fais vérifier le montage déconnecté par l’enseignant. Utilise le schéma et l’illustration pile-lampe du module.

Monter

Relie une borne de la pile à l’interrupteur, puis à un contact de la lampe ; relie l’autre contact à l’autre borne. Aucun fil ne doit relier directement les deux bornes de la pile.

Expérimenter

Prévois l’effet de l’ouverture et de la fermeture de l’interrupteur. Ferme brièvement, observe la lumière puis ouvre. Répète et note état du circuit/lumière observée. Ne touche pas l’ampoule échauffée.

Expliquer

Dessine pile → transfert électrique → lampe → lumière et transfert thermique. La lumière est observée ; l’échauffement est ici apporté par le document, sauf mesure sûre préparée par l’adulte. Explique en quoi la lampe est un convertisseur.

Conclure

Distingue observation et connaissance documentaire. Une absence de lumière exige de vérifier pile, contacts et compatibilité avant de conclure. Débranche après l’essai ; jamais de prise secteur.

Critères de réussite

  • Boucle avec pile, interrupteur et lampe à incandescence
  • Prévision et essais ouvert/fermé consignés
  • Conversion électrique vers lumière et thermique explicitée
  • Aucune mesure thermique inventée

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D’une position élevée à un mouvement

Prénom : ____________________ Date : ______________

Utilise une petite voiture, une planche courte stable, quelques livres, une butée souple et un mètre. L’enseignant installe une faible pente sur le sol et dégage la zone.

Prévoir

Compare la même voiture lâchée sans pousser depuis deux marques de hauteurs différentes. Dessine pente, départs, bas de pente et butée.

Observer

Pour chaque départ, lâche puis note le mouvement et la distance parcourue sur le sol après la pente. Répète. Garde voiture, pente, revêtement et geste de lâcher identiques.

Nommer

Au départ élevé, associe énergie de pesanteur ; pendant le déplacement, énergie cinétique. Relie la diminution de hauteur à une conversion ; la voiture s’arrête à cause notamment des frottements.

Relier au document

Dans le cas du barrage décrit par EDF, repère eau en hauteur → eau et turbine en mouvement → alternateur et transfert électrique. Notre voiture n’est pas une centrale : quelle pièce manque pour produire de l’électricité ?

Critères de réussite

  • Deux formes identifiées dans la manipulation
  • Troisième forme électrique identifiée dans le document
  • Comparaison répétée sans poussée
  • Modèle et centrale réelle distingués

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Reconnaître trois formes d’énergie

Prénom : ____________________ Date : ______________

Choisis puis justifie avec les connaissances et les observations.

De l’eau retenue en hauteur possède, par rapport au niveau bas…

  • □ une énergie de pesanteur
  • □ uniquement de la lumière
  • □ aucune énergie

Réponse : une énergie de pesanteur. La position élevée permet une conversion lors de la descente.

La rotation d’une turbine correspond à…

  • □ une absence de mouvement
  • □ une énergie cinétique
  • □ une unité de masse

Réponse : une énergie cinétique. L’énergie cinétique est associée au mouvement.

L’alternateur entraîné permet un transfert vers les fils sous forme…

  • □ de matière alimentaire
  • □ d’énergie électrique
  • □ de masse

Réponse : d’énergie électrique. Il convertit de l’énergie mécanique en énergie électrique, avec des pertes thermiques.

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Protocole de classe

Matériel

  • Pile scolaire
  • Lampe adaptée
  • Fils à pinces
  • Interrupteur
  • Échantillons secs

Déroulement

  1. Construire pile-lampe en boucle.
  2. Ouvrir puis fermer le circuit.
  3. Schématiser.
  4. Insérer un matériau.
  5. Noter lampe allumée ou éteinte.
  6. Diagnostiquer une panne simple connexion par connexion.

Trace et mise en commun

Schéma et tableau matériau/résultat/conclusion.

  • Une lampe éteinte prouve-t-elle toujours que le matériau est isolant ?
  • Quels contrôles éliminent une mauvaise connexion ?

Uniquement une pile scolaire basse tension ; jamais le secteur, une prise ou un liquide.