Lycée · 1ʳᵉ · Spécialité Physique-Chimie
Chute libre et mouvement dans un champ de pesanteur
Étude cinématique et dynamique des mouvements en chute libre et en projection — programme de 1re Spécialité
À propos de cette page
Choisis ton niveau. Questions et réponses mélangées à chaque partie. Bonne chance !
Les 36 questions du QCM en version texte
Pour réviser sans écran ou imprimer : chaque question avec ses propositions ; la bonne réponse et son explication se déplient.
Niveau facile — 12 questions
En chute libre, la seule force agissant sur l'objet est :
- A. Le poids
- B. La réaction normale
- C. Le frottement de l'air
- D. La poussée d'Archimède
Réponse
A. Le poids — Par définition, la chute libre ne tient compte que du poids.
L'intensité du champ de pesanteur terrestre est environ :
- A. 9,8 m·s⁻²
- B. 98 m·s⁻²
- C. 0,98 m·s⁻²
- D. 9,8 kg
Réponse
A. 9,8 m·s⁻² — g ≈ 9,8 m·s⁻² (unité : m·s⁻² ou N·kg⁻¹).
En chute libre, l'accélération est :
- A. Constante et dirigée vers le bas
- B. Nulle
- C. Variable selon la masse
- D. Orientée vers le haut
Réponse
A. Constante et dirigée vers le bas — L'accélération est égale à g, constante et vers le bas.
La direction de l'accélération en chute libre est :
- A. Verticale
- B. Horizontale
- C. Oblique
- D. Quelconque
Réponse
A. Verticale — Le champ de pesanteur est vertical.
Un objet de masse 3 kg a un poids de (g = 9,8 m·s⁻²) :
- A. 29,4 N
- B. 3 N
- C. 9,8 N
- D. 294 N
Réponse
A. 29,4 N — P = mg = 3 × 9,8 = 29,4 N.
Le poids d'un objet dépend-il de sa masse ?
- A. Oui, P = mg
- B. Non, il ne dépend que de g
- C. Non, il est constant quelle que soit la masse
- D. Oui, mais uniquement dans le vide
Réponse
A. Oui, P = mg — P = mg : le poids est proportionnel à la masse.
Pour un lancer horizontal, la composante verticale initiale de la vitesse est :
- A. Nulle
- B. Égale à v₀
- C. Maximale
- D. Négative
Réponse
A. Nulle — Lancer horizontal : vitesse initiale entièrement horizontale, donc v_y0 = 0.
La composante horizontale de la vitesse en chute libre (sans force horizontale) est :
- A. Constante
- B. Croissante
- C. Décroissante
- D. Nulle
Réponse
A. Constante — Aucune force horizontale → v_x = constante.
L'unité du poids est :
- A. Le newton (N)
- B. Le kilogramme (kg)
- C. Le joule (J)
- D. Le pascal (Pa)
Réponse
A. Le newton (N) — Le poids est une force, son unité est le newton.
Deux objets de masses différentes sont lâchés sans vitesse initiale dans le vide depuis la même hauteur. Lequel touche le sol en premier ?
- A. Ils tombent en même temps
- B. Le plus lourd
- C. Le plus léger
- D. Cela dépend de leur forme
Réponse
A. Ils tombent en même temps — L'accélération en chute libre est indépendante de la masse.
En chute libre verticale, la distance parcourue est proportionnelle à :
- A. t²
- B. t
- C. 1/t
- D. t³
Réponse
A. t² — y = ½gt² : la distance est proportionnelle au carré du temps.
Un objet lancé horizontalement avec v₀ = 5 m·s⁻¹ depuis une hauteur H. La composante horizontale de sa vitesse à l'impact est :
- A. 5 m·s⁻¹
- B. Supérieure à 5 m·s⁻¹
- C. Inférieure à 5 m·s⁻¹
- D. Nulle
Réponse
A. 5 m·s⁻¹ — Pas de force horizontale → v_x = v₀ = 5 m·s⁻¹ tout au long du mouvement.
Niveau moyen — 12 questions
Un objet est lâché depuis h = 5 m. Sa durée de chute est (g = 10 m·s⁻²) :
- A. 1 s
- B. 5 s
- C. 0,5 s
- D. 2 s
Réponse
A. 1 s — t = √(2h/g) = √(10/10) = 1 s.
Un objet lancé à v₀ = 10 m·s⁻¹ à θ = 30° a une composante v_y0 :
- A. 5 m·s⁻¹
- B. 8,66 m·s⁻¹
- C. 10 m·s⁻¹
- D. 0 m·s⁻¹
Réponse
A. 5 m·s⁻¹ — v_y0 = 10 sin 30° = 10 × 0,5 = 5 m·s⁻¹.
La trajectoire d'un projectile en chute libre est :
- A. Une parabole
- B. Un cercle
- C. Une droite
- D. Une ellipse
Réponse
A. Une parabole — L'équation de la trajectoire est du 2nd degré en x : c'est une parabole.
Pour θ = 45°, la portée vaut (v₀ = 20 m·s⁻¹, g = 10 m·s⁻²) :
- A. 40 m
- B. 20 m
- C. 80 m
- D. 10 m
Réponse
A. 40 m — x_max = v₀²/g = 400/10 = 40 m (pour θ = 45°, sin(90°) = 1).
La hauteur maximale d'un projectile est atteinte quand :
- A. v_y = 0
- B. v_x = 0
- C. v = 0
- D. l'accélération est nulle
Réponse
A. v_y = 0 — Au sommet, la composante verticale de la vitesse s'annule.
Un objet lancé verticalement vers le haut avec v₀ = 20 m·s⁻¹ atteint une hauteur max (g = 10 m·s⁻²) :
- A. 20 m
- B. 40 m
- C. 10 m
- D. 200 m
Réponse
A. 20 m — h_max = v₀²/(2g) = 400/20 = 20 m.
La durée de vol totale pour un lancer vertical v₀ = 20 m·s⁻¹ (g = 10 m·s⁻²) est :
- A. 4 s
- B. 2 s
- C. 1 s
- D. 8 s
Réponse
A. 4 s — T = 2v₀/g = 40/10 = 4 s.
L'équation horaire y(t) d'un projectile lancé depuis l'origine avec v_y0 est :
- A. y = v_y0·t − ½g·t²
- B. y = ½g·t²
- C. y = v_y0·t
- D. y = v_y0·t + ½g·t²
Réponse
A. y = v_y0·t − ½g·t² — La pesanteur est vers le bas (−g dans le repère y vers le haut).
Pour un lancer oblique, la portée est maximale pour θ =
- A. 45°
- B. 30°
- C. 60°
- D. 90°
Réponse
A. 45° — sin(2θ) est max pour θ = 45° (sin 90° = 1).
Un projectile lancé à v₀ = 10 m·s⁻¹ à θ = 60° a la même portée qu'un lancer à :
- A. 30°
- B. 45°
- C. 90°
- D. 15°
Réponse
A. 30° — Les angles complémentaires (θ et 90°−θ) donnent la même portée.
Dans un lancer oblique, le mouvement horizontal est :
- A. Uniforme
- B. Uniformément accéléré
- C. Uniformément décéléré
- D. Circulaire
Réponse
A. Uniforme — Pas de force horizontale en chute libre → v_x = constante.
La composante horizontale de la vitesse d'impact est la même que la composante horizontale initiale car :
- A. Pas de force horizontale
- B. Le frottement est nul dans tous les cas
- C. La pesanteur est nulle
- D. La masse est constante
Réponse
A. Pas de force horizontale — En chute libre, il n'y a aucune force horizontale, donc v_x est constante.
Niveau difficile — 12 questions
L'équation de la trajectoire d'un projectile lancé depuis l'origine avec v₀ et θ est :
- A. y = x tan θ − gx²/(2v₀²cos²θ)
- B. y = x tan θ + gx²/(2v₀²cos²θ)
- C. y = x/tan θ − gx²
- D. y = gx²/2v₀²
Réponse
A. y = x tan θ − gx²/(2v₀²cos²θ) — On élimine t = x/(v₀cosθ) dans l'équation y(t).
En chute libre, si la hauteur initiale est quadruplée (même départ du repos), la vitesse d'impact est :
- A. Doublée
- B. Quadruplée
- C. Inchangée
- D. Diminuée de moitié
Réponse
A. Doublée — v = √(2gh) : v proportionnel à √h, donc × 4 → v × 2.
Un objet est lancé depuis le sol à θ = 45°, v₀ = 14 m·s⁻¹ (g = 9,8 m·s⁻²). La portée est environ :
- A. 20 m
- B. 28 m
- C. 10 m
- D. 40 m
Réponse
A. 20 m — x = v₀²/g = 196/9,8 = 20 m.
En doublant la vitesse initiale, la portée horizontale est multipliée par :
- A. 4
- B. 2
- C. 8
- D. √2
Réponse
A. 4 — Portée ∝ v₀² : doubler v₀ multiplie la portée par 4.
Un projectile atteint h_max = 45 m. La composante verticale initiale était (g = 10 m·s⁻²) :
- A. 30 m·s⁻¹
- B. 45 m·s⁻¹
- C. 9 m·s⁻¹
- D. 90 m·s⁻¹
Réponse
A. 30 m·s⁻¹ — v_y0 = √(2gh) = √(900) = 30 m·s⁻¹.
En chute libre, la conservation de l'énergie mécanique s'écrit :
- A. ½mv² + mgy = constante
- B. ½mv² − mgy = constante
- C. mgy = constante
- D. ½mv² = constante
Réponse
A. ½mv² + mgy = constante — E_m = E_c + E_p = ½mv² + mgy = constante (seule force conservative = poids).
Un objet lancé horizontalement depuis h = 80 m atteint le sol en (g = 10 m·s⁻²) :
- A. 4 s
- B. 8 s
- C. 2 s
- D. 40 s
Réponse
A. 4 s — t = √(2h/g) = √16 = 4 s.
Pour un lancer à θ = 0° (horizontal) depuis une hauteur H, la portée vaut :
- A. v₀√(2H/g)
- B. v₀H/g
- C. v₀²/g
- D. v₀/(2g)
Réponse
A. v₀√(2H/g) — t = √(2H/g) puis x = v₀t = v₀√(2H/g).
Que devient la hauteur maximale si on double v₀ (même angle θ) ?
- A. Elle est multipliée par 4
- B. Elle double
- C. Elle est multipliée par √2
- D. Elle est inchangée
Réponse
A. Elle est multipliée par 4 — h_max = v₀²sin²θ/(2g) ∝ v₀² : doubler v₀ → ×4 pour h_max.
Un projectile a v_x = 6 m·s⁻¹ et v_y = −8 m·s⁻¹ à l'impact. Sa vitesse totale est :
- A. 10 m·s⁻¹
- B. 14 m·s⁻¹
- C. 7 m·s⁻¹
- D. 2 m·s⁻¹
Réponse
A. 10 m·s⁻¹ — v = √(36+64) = √100 = 10 m·s⁻¹.
Pour θ = 30°, la portée vaut (v₀ = 20 m·s⁻¹, g = 10 m·s⁻²) :
- A. 34,6 m
- B. 40 m
- C. 20 m
- D. 17,3 m
Réponse
A. 34,6 m — x = v₀²sin(60°)/g = 400×0,866/10 ≈ 34,6 m.
En chute libre, pourquoi la trajectoire est-elle une parabole et non une droite ?
- A. Parce que la composante verticale de la vitesse augmente linéairement en temps
- B. Parce que la vitesse totale est constante
- C. Parce qu'il n'y a pas de force verticale
- D. Parce que la masse varie
Réponse
A. Parce que la composante verticale de la vitesse augmente linéairement en temps — v_y = v_y0 − gt augmente linéairement → y est quadratique en t, et donc quadratique en x → parabole.
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