(Francais) Dash & Dot: Forces d'attraction (3e à 6e année)

Grade 3 Science

102-14 identify familiar uses of magnets

100-31 investigate to identify materials that can be magnetized and materials that are attracted by magnets, and distinguish these from materials that are not affected by magnets

100-32 investigate the polarity of a magnet, determine the orientation of its poles, and demonstrate that opposite poles attract and like poles repel

101-8 describe and demonstrate ways to use everyday materials to produce static electric charges, and describe how charged materials interact

102-15 describe examples of the effects of static electricity in their daily lives, and identify ways in which static electricity can be used safely or avoided

Description

Les objets aimantés s'attirent en raison de la force magnétique, mais qu'est-ce qui fait qu'un objet est aimanté ? Dans cette leçon, Dash aidera les élèves à mener une expérience scientifique pour savoir quels objets sont les plus magnétiques et comment les aimants interagissent.

Objectifs

• Élaborer des hypothèses sur le magnétisme de divers objets
• Vérifier les hypothèses en menant une expérience
• Rédiger une conclusion à partir des données recueillies lors de l'expérience
• Connaître les réactions de divers objets usuels lorsqu'ils sont en contact avec des objets aimantés, et comprendre la réaction qui se produit lorsque deux objets aimantés sont en présence l'un de l'autre

Robotique et accessoires

Autres accessoires

• Tablettes - (liste des appareils compatibles)
• Aimants (le plus forts possible)
• Plaque de verre
• Petites quantités de limaille de fer
• Maillet de xylophone ou tige fabriquée avec des briques Lego
• Ruban ou corde
• Une série d'objets (certains aimantés, d'autres non)
• Feuille de données expérimentales (fournie)

Accroche

Demander aux élèves pourquoi certains objets se collent les uns aux autres sans qu'on utilise de la colle.

• Les objets aimantés qui ornent votre frigo n'y adhèrent pas d'eux-mêmes... Alors comment faire pour qu'ils adhèrent ?
• Est-ce que les objets magnétiques adhèrent à toute surface dans votre mason comme les fenêtres et les murs ?
• Qu'est-ce qui peut faire que des objets sont aimantés ?

Activer le lien suivant et montrer aux élèves les 75 premières secondes de la vidéo, qui introduit la notion de magnétisme. https://www.youtube.com/watch?v=tdBpokG4wLM

Vocabulaire

• Les objets magnétiques génèrent un champ magnétique qui attire ou repousse d'autres objets magnétiques. Ce champ est produit par un objet magnétique et agit sur tous les objets, mais la réaction n'est perceptible que sur les autres objets magnétiques.
• Le magnétisme est une force qui agit sur d'autres objets magnétiques.
• Le magnétisme est un courant électrique généré par un objet et qui exerce une force d'attraction ou de répulsion entre les objets. Dans certains minéraux, l'alignement de l'agrégat des atomes fait en sorte que ce minéral est aimanté.
• Le magnétisme et le degré de magnétisme sont alors des caractéristiques de ces minéraux, exactement comme leur couleur, leur dureté ou leur souplesse; on ne peut faire d'un objet non magnétique un objet magnétique.

Avec les élèves, discuter des autres forces dont on peut observer les effets, même si on ne peut les voir (la gravité, le vent, le son).

Activité sans tablette

Cette activité permet aux élèves de visualiser les effets du magnétisme en créant un champ magnétique visuel.

1. Placer un aimant sur une table sous une plaque de verre.
2. Déposer sur la plaque de verre de la limaille de fer.
3. Agiter légèrement la plaque de verre et observer le comportement de la limaille de fer.
   • La limaille se positionnera en forme d'anneau révélant le champ magnétique de l'aimant.
   • Demander aux élèves pourquoi, selon eux, ils ne pouvaient voir l'anneau auparavant.
   • Demander aux élèves s'ils observent d'autres formes à l'intérieur des anneaux. Ils devraient constater que les lignes de force forment des anneaux qui s'étendent d'un pôle à l'autre et que, plus les anneaux sont éloignés de l'aimant, plus ils sont espacés, montrant ainsi que la force magnétique diminue avec la distance.
4. Faire remarquer que si on déplace l'aimant, la limaille se déplace également.

Revoir avec les élèves les effets de la force magnétique :

• Les objets qui contiennent certains minéraux exercent une force magnétique qui attire les objets qui contiennent également ce minéral.
• La force magnétique est invisible, mais ses effets peuvent être observés lorsqu'on rapproche ces objets ou qu'on place de la limaille au-dessus d'un aimant.

Maintenant, présenter aux élèves les objets avec lesquels ils mèneront leur expérience. Certains objets seront magnétiques (p. ex. : des clous, des trombones, d'autres aimants, un fil de fer, etc.) et d'autres ne le seront pas (p. ex. : objets en bois, plastique, papier, tissu, fil de cuivre).

Remettre à chaque élève un tableau des données expérimentales. La même feuille servira pour les classes 1, 2 et 3.

Demander aux élèves de rédiger sur la feuille des données d'expérimentation l'hypothèse pour chaque objet. Ils doivent déterminer si l'objet est magnétique et si un aimant exercera une force sur cet objet.

Feuille des données expérimentales

Remettre une feuille à chaque élève.

Évaluation

Utiliser cette feuille pour évaluer les élèves.

Recueillir des données avec Dash

Sur le sol, former des petits groupes d'objets à différents endroits de la classe.

Demander aux élèves de fixer un aimant à Dash en le fixant au maillet de xylophone (ou la tige de briques Lego ou les oreilles de lapin) avec du ruban ou une corde. L'aimant doit pendre du maillet, de la tige ou des oreilles de lapin.

Pour fixer les aimants plus lourds, utiliser un connecteur pour briques de construction que vous fixerez sur le côté de Dash. S'assurer que l'aimant est suffisamment près du sol pour attirer les petits objets.

Les élèves utiliseront l'application Blockly pour programmer Dash afin qu'il se déplace dans la classe et tente de ramasser les objets magnétiques. Si nécessaire, revoir avec les élèves les commandes suivantes de Blockly :

• Les blocs Démarrer déterminent le moment où le programme démarrera (par exemple, démarrer lorsqu'on appuie sur le butons du haut de Dash). Les blocs subséquents que les élèves souhaitent ajouter au programme doivent être placés sous le bloc Démarrer.
• Les blocs Conduire permettent de faire avancer ou reculer le robot ou de le faire tourner.
• Les blocs Contrôle permettent de répéter une action (répéter jusqu'à ce que) jusqu'à ce qu'on donne une autre commande, de faire une action lorsqu'une condition est remplie (Si), ou de faire une pause (Attendre).
• Les blocs Son permettent de commander à Dash ou Dot d'émettre un son.
• Les blocs Lumière permettent de modifier la couleur des lumières des robots.
• Les blocs Regarder permettent de programmer Dash afin qu'il regarde en haut, en bas, à droite et à gauche, ou encore vers la source d'une voix.

Exemple de programme :

Les élèves inscrivent sur la feuille des données expérimentales le résultat de chacune des interactions entre l'aimant avec les divers objets. Ils doivent noter si un objet a été ramassé, déplacé légèrement sans être ramassé ou si l'aimant n'a produit aucun effet sur l'objet.

Activité complémentaire

Les élèves plus âgés peuvent tenter de concevoir un programme (p. ex. placer des objets dans les coins d'un carré ou d'un triangle équilatéral imaginaire, ou encore suivre une trajectoire en zigzag, etc.) qui conduira Dash vers les objets en empruntant un trajet préétabli en y incluant des pauses pour retirer les objets que le robot aura ramassé.

Feuille de données expérimentales

Les élèves peuvent utiliser la même feuille de données expérimentales que pour la classe 1. Imprimer des feuilles au besoin.

Évaluation

Utiliser cette feuille pour évaluer les élèves.

Recueillir les données avec 2 robots Dash

Former des groupes de 4 élèves et remettre 3 robots Dash par groupe. Cette fois, les élèves mèneront leur expérience avec 4 aimants. Ils doivent consigner les résultats de chaque expérience sur la feuille des données expérimentales.

• Fixer les aimants sur le devant des robots Dash en utilisant des connecteurs pour briques de construction tel que le montre l'image ci-dessous. S'assurer que les aimants sur les robots Dash sont parfaitement alignés les uns avec les autres (ils doivent être placés à la même hauteur) et avec leurs pôles opposés (le pôle nord de l'aimant de gauche avec le pôle sud de l'aimant de droite).

Placer les 2 robots Dash l'un en face de l'autre afin que leurs aimants soient directement face à face. Programmer un des deux robots Dash pour qu'il avance lentement vers l'autre robot.

• Les élèves doivent être attentifs pour voir à quel moment les aimants commencent à attirer les robots l'un vers l'autre. Les aimants doivent alors se coller les uns aux autres.

• Programmer un des deux robots Dash afin qu'il recule. Utiliser d'abord la vitesse la plus lente afin de pouvoir observer les effets des aimants. Si les aimants sont suffisamment puissants, un des robots Dash « tirera» l'autre vers lui! Plus l'aimant sera puissant, plus rapidement le robot Dash sera « titré » vers l'autre robot.

Exemple de codage :

• Replacer les deux robots l'un en face de l'autre, mais cette fois en plaçant les aimants de façon qu'ils soient légèrement décalés l'un par rapport à l'autre. Il devrait alors être plus facile de séparer les deux robots.

• Replacer les deux robots directement l'un en face de l'autre, cette fois en plaçant les aimants d'un des deux robots de façon que les pôles identiques soient face à face.

• Programmer les deux robots pour qu'ils avancent l'un vers l'autre lentement. Lorsqu'ils se rapprochent, les aimants devraient se repousser de sorte que les deux robots hésitent à se coller l'un à l'autre. Si les aimants sont suffisamment puissants, un des robots Dash repoussera l'autre sans que les deux robots ne se touchent.

• Consigner les résultats sur la même feuille des données expérimentales que pour les classes 1 et 2.

Activité complémentaire

Les élèves plus âgés peuvent programmer les robots Dash afin qu'ils réalisent chacune des expériences prévues automatiquement (p. ex. : les robots Dash avanceront l'un vers l'autre, se toucheront, reculeront ensuite lentement, puis plus rapidement pour tenter de s'éloigner l'un de l'autre).

Rédiger les conclusions

Demander aux élèves de rédiger un rapport des résultats de leur expérience. Leur demander d'y inclure :

• La liste des objets magnétiques et des objets non magnétiques
• Tirer leurs conclusions sur les types d'objets qui sont magnétiques et les types d'objets qui ne le sont pas
• Tirer leurs conclusions sur les raisons qui font qu'il est plus facile de séparer deux objets aimantés lorsqu'ils sont décalés l'un par rapport à l'autre
• Tirer leurs conclusions sur les raisons qui font que deux objets aimantés se repoussent l'un l'autre lorsque leurs pôles sont inversés.

Demander aux élèves d'expliquer leurs conclusions devant le reste de la classe. Ils devraient alors noter les différences qu'ils ont constatées dans les données recueillies par chaque groupe et d'expliquer la raison de ces différences.

En vous référant aux expériences menées lors de la classe 3, discuter avec les élèves de la force des champs magnétiques. Lorsque les aimants ne sont pas alignés, la force exercée entre les deux objets magnétiques est moins grande et dès lors, il est plus facile de séparer les robots.