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Spécialité Physique-Chimie · Classe de 1ʳᵉ

Énergie mécanique et conservation

Énergie cinétique, énergie potentielle et conservation de l'énergie mécanique (programme Spé Physique-Chimie 1re)

À propos de cette page
Cette évaluation sur « Énergie mécanique et conservation » en première permet de faire le point sur ses connaissances en spécialité physique-chimie, comme lors d'un véritable contrôle. Elle suit le programme officiel de première et propose plusieurs exercices notés sur 20, avec un corrigé détaillé. Au programme : Énergie cinétique d'un solide, Travail d'une force, Théorème de l'énergie cinétique (TEC), Énergie potentielle de pesanteur. Travaille seul, chronomètre-toi, puis compare tes réponses au corrigé pour identifier les points à revoir. Parfait pour mesurer ses progrès et réviser efficacement. Évaluation gratuite conçue par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de première en spécialité physique-chimie.
Évaluation finale · Niveau difficile · Durée 60 min · Noté sur 20
60:00

Évaluation complète de fin de chapitre, tout en niveau difficile. Travaille seul et sans aide, puis vérifie tes réponses avec le corrigé détaillé dépliable en bas de page.

Exercice 1 — Énergie cinétique et unités

/ 4 pts
  1. Un camion de masse $m = 5\,000\,\text{kg}$ roule à $v = 72\,\text{km/h}$. Convertis $v$ en m/s puis calcule l'énergie cinétique $E_c$ du camion. Donne le résultat en kJ.
  2. Un enfant de masse $m = 40\,\text{kg}$ court à $v = 3\,\text{m/s}$. Une voiture de $m' = 800\,\text{kg}$ roule à $v' = 0{,}5\,\text{m/s}$. Lequel a la plus grande énergie cinétique ? Justifie par le calcul.

Exercice 2 — Travail du poids et TEC

/ 5 pts
  1. Un objet de masse $m = 3\,\text{kg}$ glisse le long d'un plan incliné (sans frottement). Il part du repos à $z_A = 5\,\text{m}$ et arrive en bas ($z_B = 0$).
  2. a) Calcule le travail du poids $W(\vec{P})$ entre A et B.
  3. b) Applique le TEC pour calculer la vitesse $v_B$ en bas du plan.
  4. c) Vérifie ce résultat par la conservation de l'énergie mécanique.

Exercice 3 — Conservation de l'énergie mécanique

/ 5 pts
  1. Une balle de $m = 0{,}2\,\text{kg}$ est lancée verticalement vers le haut depuis un balcon situé à $z_0 = 4\,\text{m}$ (référence : sol) avec une vitesse initiale $v_0 = 12\,\text{m/s}$. On néglige le frottement de l'air. $g = 9{,}81\,\text{m/s}^2$.
  2. a) Calcule l'énergie mécanique $E_m$ de la balle.
  3. b) Calcule la hauteur maximale $z_{\max}$ atteinte par la balle au-dessus du sol.
  4. c) Calcule la vitesse de la balle juste avant de toucher le sol ($z = 0$).

Exercice 4 — Bilan énergétique avec frottements

/ 4 pts
  1. Un traîneau de $m = 10\,\text{kg}$ descend une pente neigeuse de dénivelé $h = 8\,\text{m}$ et de longueur $L = 20\,\text{m}$. Sa vitesse initiale est nulle. En bas, sa vitesse est $v = 10\,\text{m/s}$. Prendre $g = 9{,}81\,\text{m/s}^2$.
  2. a) Calcule $E_{m,A}$ et $E_{m,B}$.
  3. b) Déduis l'énergie dissipée par frottements.
  4. c) Calcule la force de frottement moyenne $f$.

Exercice 5 — Problème de synthèse — Bille sur toboggan

/ 2 pts
  1. Une bille de $m = 50\,\text{g}$ est lâchée sans vitesse initiale au sommet d'un toboggan ($z_A = 3\,\text{m}$). En bas, la bille parcourt $d = 2\,\text{m}$ sur un plan horizontal avant de s'arrêter à cause des frottements. $g = 9{,}81\,\text{m/s}^2$.
  2. Calcule la force de frottement $f$ exercée sur le plan horizontal (on supposera les frottements nuls sur le toboggan lui-même).
✓Corrigé détaillé

Exercice 1 — Énergie cinétique et unités
Corrigé :
1. $v = 72 \div 3{,}6 = 20\,\text{m/s}$ ; $E_c = \frac{1}{2} \times 5\,000 \times 400 = 1\,000\,000\,\text{J} = 1\,000\,\text{kJ}$ (1 MJ). (2 pts)
2. $E_c(\text{enfant}) = \frac{1}{2} \times 40 \times 9 = 180\,\text{J}$ ; $E_c(\text{voiture}) = \frac{1}{2} \times 800 \times 0{,}25 = 100\,\text{J}$ → l'enfant a la plus grande énergie cinétique (180 > 100 J). (2 pts)

Exercice 2 — Travail du poids et TEC
Corrigé :
a) $W(\vec{P}) = mg(z_A - z_B) = 3 \times 9{,}81 \times 5 = 147{,}15\,\text{J}$. (1 pt)
b) TEC : $\Delta E_c = W(\vec{P})$ (seul le poids travaille, réaction normale perpendiculaire) → $\frac{1}{2} \times 3 \times v_B^2 = 147{,}15$ → $v_B = \sqrt{98{,}1} \approx 9{,}9\,\text{m/s}$. (2 pts)
c) $E_{m,A} = 0 + 3 \times 9{,}81 \times 5 = 147{,}15\,\text{J}$ ; $E_{m,B} = \frac{1}{2} \times 3 \times v_B^2$ ; conservation → même résultat. ✓ (2 pts)

Exercice 3 — Conservation de l'énergie mécanique
Corrigé :
a) $E_m = \frac{1}{2} \times 0{,}2 \times 144 + 0{,}2 \times 9{,}81 \times 4 = 14{,}4 + 7{,}848 = 22{,}248\,\text{J} \approx 22{,}2\,\text{J}$. (2 pts)
b) Au sommet, $v = 0$ → $E_m = mgz_{\max}$ → $z_{\max} = \frac{22{,}248}{0{,}2 \times 9{,}81} \approx 11{,}3\,\text{m}$. (1,5 pt)
c) Au sol ($z = 0$) : $E_m = \frac{1}{2} \times 0{,}2 \times v^2$ → $v = \sqrt{\frac{2 \times 22{,}248}{0{,}2}} \approx 14{,}9\,\text{m/s}$. (1,5 pt)

Exercice 4 — Bilan énergétique avec frottements
Corrigé :
a) $E_{m,A} = mgh = 10 \times 9{,}81 \times 8 = 784{,}8\,\text{J}$ ; $E_{m,B} = \frac{1}{2} \times 10 \times 100 = 500\,\text{J}$. (1,5 pt)
b) $E_{\text{diss}} = E_{m,A} - E_{m,B} = 784{,}8 - 500 = 284{,}8\,\text{J}$. (1,5 pt)
c) $f = \frac{E_{\text{diss}}}{L} = \frac{284{,}8}{20} \approx 14{,}2\,\text{N}$. (1 pt)

Exercice 5 — Problème de synthèse — Bille sur toboggan
Corrigé :
Conservation sur le toboggan (sans frottement) : à la base, $E_c = mgz_A = 0{,}05 \times 9{,}81 \times 3 = 1{,}4715\,\text{J}$.
Sur le plan horizontal : $W_f = -E_c$ (la bille s'arrête) → $f \times d = 1{,}4715$ → $f = \frac{1{,}4715}{2} \approx 0{,}74\,\text{N}$. (2 pts)

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