Cette séance propose d'explorer la fonction de la tige et du réservoir du thermomètre. Les élèves dessinent les expériences qu'ils ont réalisées
Objectif : Différencier réservoir et tige dans le fonctionnement d'un thermomètre. Cette différenciation, si elle peut être utile, peut apparaître plus tôt, au moment où les élèves se poseront la question de l’emploi du thermomètre.
Situation-problème : Nous faisons la même expérience et nos thermomètres ne réagissent pas de la même façon. Pourquoi ? Que s'est-il passé ? Si je trempe mon thermomètre à l'envers dans l'eau chaude, il ne réagit pas de la même façon. Pourquoi ?
Note : le fait d’être obligé de mettre le thermomètre à l’envers pour ne chauffer que la tige introduit une différence avec le chauffage du réservoir qui lui, ne peut être chauffé seul qu’à l’endroit. Il serait donc préférable de choisir une autre source de chaleur, sèche-cheveux ou serviette chaude.
Matériel : thermomètres variés (thermomètre de bain, d'intérieur, de cuisson...) ; récipients simples (pots en verre ou en plastique résistant à la chaleur) ; sources de chaleur (sèche-cheveux, briquet, eau chaude...) / glace.
Emergence du problème scientifique (phase collective) :
- Le thermomètre ne réagit pas de même façon selon la partie que l'on chauffe, pourquoi ?
- Choix des expériences à refaire pour traiter le problème posé.
- Noter les propositions.
- Discussion sur la validité des propositions.
Proposition des élèves :
- Chauffer alternativement le réservoir et la tige et observer ce qui se passe.
- Faire les expériences avec de l'eau glacé pour vérifi er si le thermomètre réagit également dela même façon.
- Vérifier que tous les thermomètres réagissent bien de la même façon dans une même situation.
- On peut lire la température indiquée par les graduations et comparer les résultats.
Expériences réalisées en classe : analyse des représentations des thermomètres et des expériences, faites dans les séances précédentes pour :
- Obtenir des dessins " scientifiques ".
- Différencier un dessin scientifique d’un dessin libre.
- Un dessin permet de communiquer de se faire comprendre.
- Elaborer collectivement à partir de l'analyse précédente les premiers éléments d'un codage collectif.
Représentation des différents dispositifs expérimentaux : directement sur le cahier de sciences ou sur feuilles pour faciliter l'analyse des représentations.
Expérimentation individuelle ou en petits groupes : Il est important que les enfants chauffent les différentes parties du thermomètre (réservoir, tige) afin de constater que le résultat n’est pas le même. Il faudra peut être utiliser la graduation comme moyen de comparaison. Dans le cas de thermomètres plongés à l'envers dans de l'eau chaude, certains enfants auront du mal à concevoir qu’il faut se mettre dans le bon sens pour lire la température (voir dessins).
Représentation des expériences faites - Mise en commun - Analyse des expériences et des représentations : Les représentations des expériences montreront la qualité de l'observation et seront importantes pour l'analyse.
Identification des acquisitions : Faire une synthèse avec les enfants sur ce qu'ils ont fait, ce qu'ils ont constaté, ce qui leur semble "anormal". Formaliser la conclusion : comment utiliser un thermomètre ?
Notes :
- Cette phase doit permettre de comprendre que le réservoir et la tige n'ont pas la même fonction. Phase très importante au niveau des représentations. Le dessin doit refléter avec précision l'expérience et permettre l'analyse de la situation (Ex. Il faut comprendre quelle partie est chauffée, soit en dessinant le thermomètre trempé dans l’eau, soit en faisant une flèche pour montrer quelle partie on chauffe.).
- Restons modestes ! Cette séquence ne suffira probablement pas pour comprendre ce qui se passe lorsque je chauffe la tige et que le liquide redescend vers le réservoir. La notion de dilatation n'est pas facile à expliciter. La fonction du réservoir est de contenir un liquide qui, étant chauffé ou refroidi, varie de volume rapidement ; la tige, qui contient un tube fin, permet de mettre en évidence cette variation de volume en l’amplifiant. La notion de dilatation est hors programme, en particulier parce qu’elle n’est pas facile à expliciter.
