Ressources · 1ʳᵉ · Spécialité Physique-Chimie
Interactions fondamentales et notion de champ
Charge électrique, électrisation et influence ; loi de Coulomb et son écriture vectorielle ; analogies avec la gravitation et interactions fondamentales ; champ électrostatique d’une charge ponctuelle ; lignes de champ et champ uniforme du condensateur plan ; champ de gravitation et champ de pesanteur.
À propos de cette page
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
Deux corps portant des charges de même signe :
- A. s’attirent
- B. se repoussent
- C. n’interagissent pas
- D. s’attirent puis se repoussent
Réponse
B. se repoussent — Des charges de même signe se repoussent ; des charges de signes contraires s’attirent.
Dans le Système international, une charge électrique s’exprime en :
- A. ampères (A)
- B. volts (V)
- C. newtons (N)
- D. coulombs (C)
Réponse
D. coulombs (C) — L’unité de charge est le coulomb (C) ; l’ampère est l’unité d’intensité du courant.
Selon la loi de Coulomb, la valeur de la force entre deux charges ponctuelles est :
- A. inversement proportionnelle au carré de la distance
- B. proportionnelle au carré de la distance entre les deux charges
- C. inversement proportionnelle à la distance
- D. indépendante de la distance
Réponse
A. inversement proportionnelle au carré de la distance — F = k × |q × q′| ÷ d² : si la distance double, la force est divisée par 4.
La charge élémentaire e vaut :
- A. 9,11 × 10⁻³¹ C
- B. 6,02 × 10²³ C
- C. 1,60 × 10⁻¹⁹ C
- D. 6,67 × 10⁻¹¹ C
Réponse
C. 1,60 × 10⁻¹⁹ C — e = 1,60 × 10⁻¹⁹ C ; les autres nombres sont la masse de l’électron (en kg), la constante d’Avogadro et la constante G.
La force de gravitation entre deux corps est toujours :
- A. répulsive
- B. nulle dans le vide
- C. attractive
- D. attractive ou répulsive
Réponse
C. attractive — Il n’existe pas de masse négative : la gravitation est toujours attractive, y compris dans le vide.
Une charge q placée en un point où règne le champ électrostatique E subit la force (écriture vectorielle) :
- A. F = q × E
- B. E = q × F
- C. F = E ÷ q
- D. F = q² × E
Réponse
A. F = q × E — Par définition du champ électrostatique, F = q × E en vecteurs, soit : charge électrique, interaction électrostatique, influence électrostatique ; loi de Coulomb ; analogies entre la loi de Coulomb et la loi d’interaction gravitationnelle ; force de gravitation et champ de gravitation, force électrostatique et champ électrostatique, et leurs expressions vectorielles ; caractériser localement une ligne de champ électrostatique ou de champ de gravitation ; illustrer l’interaction électrostatique ; cartographier un champ électrostatique.
Une unité de la valeur d’un champ électrostatique est :
- A. N·C
- B. C·m⁻¹
- C. V·m
- D. V·m⁻¹
Réponse
D. V·m⁻¹ — Le champ s’exprime en V·m⁻¹, unité équivalente au N·C⁻¹ puisque E = F ÷ |q|.
Une ligne de champ est, en chacun de ses points :
- A. perpendiculaire au vecteur champ
- B. tangente au vecteur champ
- C. parallèle aux armatures
- D. de longueur égale à la valeur du champ
Réponse
B. tangente au vecteur champ — Une ligne de champ est tangente en chacun de ses points au vecteur champ et orientée dans son sens.
Un corps neutre qui perd des électrons devient :
- A. chargé négativement
- B. chargé positivement
- C. toujours neutre
- D. chargé, d’un signe imprévisible
Réponse
B. chargé positivement — Il garde tous ses protons et perd des charges négatives : sa charge devient positive.
Parmi ces grandeurs, laquelle forme un champ scalaire ?
- A. le champ de pesanteur
- B. la vitesse du vent
- C. la température dans une pièce
- D. le champ électrostatique
Réponse
C. la température dans une pièce — La température est un nombre en chaque point : champ scalaire. Les trois autres sont des vecteurs : champs vectoriels.
La cohésion du noyau atomique est assurée par l’interaction :
- A. forte
- B. faible
- C. électromagnétique
- D. gravitationnelle
Réponse
A. forte — L’interaction forte, entre nucléons, de portée de l’ordre de 10⁻¹⁵ m, l’emporte sur la répulsion électrique entre protons.
En un point extérieur à la Terre, le champ de gravitation terrestre est dirigé :
- A. vers l’est, dans le sens de la rotation
- B. vers le haut, en s’éloignant du sol
- C. vers le pôle Nord
- D. vers le centre de la Terre
Réponse
D. vers le centre de la Terre — Le champ de gravitation d’un astre est toujours dirigé vers son centre : c’est le sens du signe « − » de son écriture vectorielle.
Niveau moyen ★★ — 12 questions
Deux charges +3,5 nC et +5,5 nC sont distantes de 7,0 cm (k = 9,0 × 10⁹ SI). La valeur de la force est :
- A. 2,5 × 10⁻⁶ N
- B. 3,5 × 10⁻⁹ N
- C. 3,5 × 10⁻⁵ N
- D. 3,5 × 10⁵ N
Réponse
C. 3,5 × 10⁻⁵ N — F = 9,0 × 10⁹ × 3,5 × 10⁻⁹ × 5,5 × 10⁻⁹ ÷ 0,070² ≈ 3,5 × 10⁻⁵ N. Oublier le carré donne 2,5 × 10⁻⁶ N ; garder la distance en cm donne 3,5 × 10⁻⁹ N.
Si la distance entre deux charges est multipliée par 3, la valeur de la force est :
- A. divisée par 9
- B. divisée par 3
- C. multipliée par 9
- D. inchangée
Réponse
A. divisée par 9 — F est inversement proportionnelle à d² : d × 3 donne F ÷ 3², soit : charge électrique, interaction électrostatique, influence électrostatique ; loi de Coulomb ; analogies entre la loi de Coulomb et la loi d’interaction gravitationnelle ; force de gravitation et champ de gravitation, force électrostatique et champ électrostatique, et leurs expressions vectorielles ; caractériser localement une ligne de champ électrostatique ou de champ de gravitation ; illustrer l’interaction électrostatique ; cartographier un champ électrostatique.
Condensateur plan : U = 60 V et d = 1,2 cm. La valeur du champ est :
- A. 5,0 × 10¹ V·m⁻¹
- B. 7,2 × 10⁻¹ V·m⁻¹
- C. 7,2 × 10¹ V·m⁻¹
- D. 5,0 × 10³ V·m⁻¹
Réponse
D. 5,0 × 10³ V·m⁻¹ — E = U ÷ d = 60 ÷ (1,2 × 10⁻²) = 5,0 × 10³ V·m⁻¹. Garder d en cm donne 50 V·m⁻¹, cent fois trop peu.
Un électron placé dans un champ électrostatique uniforme subit une force :
- A. de même sens que le champ
- B. de sens opposé au champ
- C. perpendiculaire au champ
- D. nulle, sa charge étant infime
Réponse
B. de sens opposé au champ — En vecteurs, la force vaut −e × E : la charge étant négative, la force est opposée au champ, dirigée, dans un condensateur plan, vers l’armature positive.
En M, une charge q = −4,4 nC subit une force de valeur 1,1 × 10⁻⁵ N. Le champ en M vaut :
- A. 4,8 × 10⁻¹⁴ V·m⁻¹
- B. 2,5 × 10³ V·m⁻¹
- C. −2,5 × 10³ V·m⁻¹
- D. 4,0 × 10⁻⁴ V·m⁻¹
Réponse
B. 2,5 × 10³ V·m⁻¹ — E = F ÷ |q| = 1,1 × 10⁻⁵ ÷ (4,4 × 10⁻⁹) = 2,5 × 10³ V·m⁻¹. Une valeur de champ est toujours positive : le signe de q ne sert qu’au sens.
Le champ de gravitation à la surface d’un astre de masse M et de rayon R vaut :
- A. G × M ÷ R
- B. G × M × m ÷ R²
- C. G × M² ÷ R²
- D. G × M ÷ R²
Réponse
D. G × M ÷ R² — Le champ vaut F ÷ m = G × M ÷ R² : il ne dépend pas de la masse m de l’objet qu’on y place.
À une altitude égale à la moitié du rayon terrestre, le champ de pesanteur vaut environ (au sol : 9,81 N·kg⁻¹) :
- A. 4,4 N·kg⁻¹
- B. 6,5 N·kg⁻¹
- C. 2,5 N·kg⁻¹
- D. 14,7 N·kg⁻¹
Réponse
A. 4,4 N·kg⁻¹ — Distance au centre : 1,5 fois le rayon, donc g = 9,81 ÷ 1,5² = 9,81 ÷ 2,25 ≈ 4,4 N·kg⁻¹. Diviser par 1,5 sans élever au carré donne 6,5 N·kg⁻¹.
Deux boules de plomb de 16 kg ont leurs centres distants de 22 cm (G = 6,67 × 10⁻¹¹ SI). La force de gravitation vaut :
- A. 7,8 × 10⁻⁸ N
- B. 3,5 × 10⁻¹¹ N
- C. 3,5 × 10⁻⁷ N
- D. 2,2 × 10⁻⁸ N
Réponse
C. 3,5 × 10⁻⁷ N — F = 6,67 × 10⁻¹¹ × 16 × 16 ÷ 0,22² ≈ 3,5 × 10⁻⁷ N : une force minuscule entre objets usuels.
Un objet porte la charge q = −8,0 pC (1 pC = 10⁻¹² C). Il a gagné :
- A. 5,0 × 10⁷ électrons
- B. 5,0 × 10⁶ électrons
- C. 1,3 × 10⁻³⁰ électrons
- D. 5,0 × 10¹⁰ électrons
Réponse
A. 5,0 × 10⁷ électrons — N = 8,0 × 10⁻¹² ÷ (1,60 × 10⁻¹⁹) = 5,0 × 10⁷. Multiplier au lieu de diviser donne un nombre absurde, inférieur à 1.
Une charge Q = +2,0 nC crée à 30 cm un champ de valeur (k = 9,0 × 10⁹ SI) :
- A. 6,0 × 10¹ V·m⁻¹
- B. 2,0 × 10² V·m⁻¹
- C. 2,0 × 10⁻² V·m⁻¹
- D. 1,8 × 10¹ V·m⁻¹
Réponse
B. 2,0 × 10² V·m⁻¹ — E = 9,0 × 10⁹ × 2,0 × 10⁻⁹ ÷ 0,30² = 2,0 × 10² V·m⁻¹. Sans le carré : 60 V·m⁻¹ ; avec la distance en cm : 2,0 × 10⁻² V·m⁻¹.
Sur une carte de champ, là où les lignes de champ sont très serrées, le champ est :
- A. nul, car les lignes se gênent
- B. plus faible qu’ailleurs
- C. plus intense qu’ailleurs
- D. forcément uniforme
Réponse
C. plus intense qu’ailleurs — Le resserrement des lignes indique un champ intense ; des lignes parallèles et équidistantes indiquent un champ uniforme.
Deux sphères conductrices identiques, chargées +5,0 nC et −1,0 nC, sont mises en contact puis séparées. Chacune porte alors :
- A. +5,0 nC et −1,0 nC
- B. +3,0 nC
- C. +4,0 nC
- D. +2,0 nC
Réponse
D. +2,0 nC — Charge totale conservée : 5,0 − 1,0 = 4,0 nC, partagée à parts égales entre sphères identiques : +2,0 nC chacune.
Niveau difficile ★★★ — 12 questions
Deux lignes de champ électrostatique peuvent-elles se couper en un point où le champ n’est pas nul ?
- A. oui, au voisinage des charges
- B. oui, si le champ est uniforme
- C. oui, là où deux champs s’ajoutent
- D. non, le champ y aurait deux directions
Réponse
D. non, le champ y aurait deux directions — En un point où il n’est pas nul, le champ total a une seule direction : une seule ligne de champ peut y passer.
Pour un proton et un électron, le rapport de la force électrostatique à la force de gravitation :
- A. augmente quand la distance diminue
- B. ne dépend pas de la distance
- C. diminue quand la distance diminue
- D. dépend du milieu mais pas des charges
Réponse
B. ne dépend pas de la distance — Les deux forces varient comme 1 ÷ d² : leur rapport, k e² ÷ (G mₑ mₚ) ≈ 2,3 × 10³⁹, ne dépend pas de la distance.
Pourquoi la gravitation gouverne-t-elle le mouvement des astres ?
- A. les astres sont globalement neutres
- B. sa portée dépasse celle de l’électrostatique
- C. les forces électriques s’annulent dans le vide
- D. la constante G est plus grande que k
Réponse
A. les astres sont globalement neutres — Les deux interactions ont une portée infinie ; mais la matière est neutre, donc les forces électrostatiques entre astres se compensent, alors que la gravitation, toujours attractive, s’additionne. Comparer G et k n’a pas de sens : leurs unités sont différentes.
Dans un condensateur plan, on double la tension U et l’écartement d. Le champ :
- A. double
- B. est divisé par 2
- C. est inchangé
- D. est multiplié par 4
Réponse
C. est inchangé — E = U ÷ d : (2U) ÷ (2d) = U ÷ d, le champ est inchangé.
À la surface de la Terre, le champ de pesanteur et le champ de gravitation terrestre :
- A. sont rigoureusement égaux partout
- B. sont de sens opposés
- C. diffèrent d’un facteur 2 environ
- D. diffèrent de quelques millièmes
Réponse
D. diffèrent de quelques millièmes — Ils ne diffèrent que de quelques millièmes, à cause de la rotation de la Terre ; on les confond en négligeant cette rotation.
Une charge Q négative placée en O crée en un point M un champ :
- A. dirigé de M vers O
- B. dirigé de O vers M
- C. nul si M est loin de O
- D. perpendiculaire à la droite (OM)
Réponse
A. dirigé de M vers O — Pour Q < 0, le champ est de sens opposé au vecteur unitaire orienté de O vers M : il est dirigé vers O. Loin de O, il est faible mais pas nul.
Deux charges exercent l’une sur l’autre des forces de valeur F. On double la charge de A et on double la distance. La nouvelle valeur est :
- A. F × 4
- B. F
- C. F ÷ 2
- D. F × 2
Réponse
C. F ÷ 2 — La force est multipliée par 2 (charge doublée) et divisée par 2² = 4 (distance doublée) : F × 2 ÷ 4 = F ÷ 2.
Une charge +q en A et une charge −q en B créent au milieu I de [AB] un champ total :
- A. nul, par symétrie
- B. dirigé de A vers B
- C. dirigé de B vers A
- D. perpendiculaire à (AB)
Réponse
B. dirigé de A vers B — Le champ de +q s’éloigne de A, donc va vers B ; celui de −q est dirigé vers B : les deux s’ajoutent, de A vers B.
Une petite boule est attirée par une tige chargée. On peut en conclure que la boule :
- A. porte une charge de signe contraire
- B. est forcément neutre
- C. est neutre ou de charge contraire
- D. porte une charge de même signe
Réponse
C. est neutre ou de charge contraire — Une boule de charge contraire est attirée, mais une boule neutre aussi, par influence : seule une répulsion permettrait de conclure.
À quelle altitude le champ de pesanteur vaut-il le neuvième de sa valeur au sol ? (R : rayon de la Terre)
- A. h = 2 R
- B. h = 3 R
- C. h = 9 R
- D. h = 8 R
Réponse
A. h = 2 R — Il faut tripler la distance au centre : R + h = 3 R, d’où h = 2 R. Répondre 3 R, c’est confondre altitude et distance au centre.
Un électron et un proton placés au même point d’un champ uniforme subissent des forces :
- A. de même valeur et de même sens
- B. de même valeur et de sens opposés
- C. de sens opposés, plus intense sur le proton
- D. de même sens, plus intense sur l’électron
Réponse
B. de même valeur et de sens opposés — Leurs charges sont −e et +e : F = e × E pour les deux, avec des sens opposés. La masse n’intervient pas dans la force électrostatique.
En M, on remplace la charge d’essai q par une charge −2q. Le champ électrostatique en M :
- A. double et change de sens
- B. change de sens seulement
- C. double seulement
- D. ne change pas
Réponse
D. ne change pas — Le champ ne dépend que des sources et du point M : il ne change pas. C’est la force, égale à (−2q) × E, qui double et change de sens.
Moi c'est Ben, j'ai créé ce site pour aider le plus d'élèves possible, partout en France. Je peux aussi reprendre avec toi ce qui coince en cours particulier : en visio, ou à domicile si tu es à Marseille.
Prof de physique-chimie à Marseille · Cours particuliers au lycée · Aide aux devoirs