Ressources · 1ʳᵉ · Spécialité Physique-Chimie

Interactions fondamentales et introduction à la notion de champ

Loi de Coulomb, loi de la gravitation, champ électrostatique, champ de gravitation, lignes de champ (thème Mouvement et interactions)

À propos de cette page

Ce QCM sur « Interactions fondamentales et introduction à la notion de champ » en première teste tes connaissances en spécialité physique-chimie de manière interactive. Les questions, classées par niveau (facile, moyen, difficile), respectent le programme officiel de première. Au programme : L'essentiel, Charge électrique et interaction électrostatique, Loi de Coulomb et loi de la gravitation universelle, Notion de champ et champ électrostatique. À chaque réponse, une explication détaillée t'aide à comprendre tes erreurs et à mémoriser l'essentiel. Idéal pour s'auto-évaluer rapidement, réviser avant un contrôle ou consolider ses acquis. Quiz gratuit conçu par un professeur particulier à Marseille pour progresser en spécialité physique-chimie en première.

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Les 24 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 — 8 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, la charge électrique s'exprime en :
- A. l'ampère (A)
- B. le volt (V)
- C. le kilogramme (kg)
- D. le coulomb (C)
Réponse
D. le coulomb (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 leur distance
- B. proportionnelle au carré de la distance entre les charges
- C. inversement proportionnelle à leur distance
- D. indépendante de la distance qui les sépare
Réponse
A. inversement proportionnelle au carré de leur distance — $F = k \frac{| q_{A} q_{B} |}{d^{2}}$ : si la distance double, la force est divisée par 4.
La charge élémentaire $e$ vaut :
- A. $9, 11 \times 10^{- 31}$ C
- B. $6, 02 \times 10^{23}$ C
- C. $1, 60 \times 10^{- 19}$ C
- D. $6, 67 \times 10^{- 11}$ C
Réponse
C. $1, 60 \times 10^{- 19}$ C — $e = 1, 60 \times 10^{- 19}$ C ; les autres nombres sont la masse de l'électron (en kg), la constante d'Avogadro et $G$ .
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 $\vec{E}$ subit la force $\vec{F}$ telle que :
- A. $\vec{F} = q \vec{E}$
- B. $\vec{E} = q \vec{F}$
- C. $\vec{F} = \vec{E} / q$
- D. $\vec{F} = q^{2} \vec{E}$
Réponse
A. $\vec{F} = q \vec{E}$ — Par définition du champ électrostatique, $\vec{F} = q \vec{E}$ , soit $\vec{E} = \frac{\vec{F}}{q}$ .
Une unité de la valeur d'un champ électrostatique est :
- A. N·C
- B. C·m⁻¹
- C. V·m
- D. V/m
Réponse
D. V/m — $E = \frac{U}{d}$ s'exprime en V/m ; c'est équivalent à des N/C puisque $E = \frac{F}{q}$ .
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.

Niveau moyen — 8 questions

Deux charges $+ 3, 5$ nC et $+ 5, 5$ nC sont distantes de $7, 0$ cm ( $k = 9, 0 \times 10^{9}$ SI). La valeur de la force est :
- A. $2, 5 \times 10^{- 6}$ N
- B. $3, 54 \times 10^{- 9}$ N
- C. $3, 5 \times 10^{- 5}$ N
- D. $3, 5 \times 10^{5}$ N
Réponse
C. $3, 5 \times 10^{- 5}$ N — $F = 9, 0 \times 10^{9} \times \frac{3, 5 \times 10^{- 9} \times 5, 5 \times 10^{- 9}}{(0, 070)^{2}} \approx 3, 5 \times 10^{- 5}$ N. Oublier le carré donne $2, 5 \times 10^{- 6}$ N ; laisser la distance en cm donne $3, 54 \times 10^{- 9}$ N.
Si la distance entre deux charges est multipliée par 3, la valeur de la force électrostatique 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 $d^{2}$ : $d \times 3$ donne $F \div 3^{2} = F \div 9$ .
Condensateur plan : $U = 60$ V et $d = 1, 2$ cm. La valeur du champ est :
- A. $5, 0 \times 10^{1}$ V/m
- B. $7, 2 \times 10^{- 1}$ V/m
- C. $7, 2 \times 10^{1}$ V/m
- D. $5, 0 \times 10^{3}$ V/m
Réponse
D. $5, 0 \times 10^{3}$ V/m — $E = \frac{U}{d} = \frac{60}{1, 2 \times 10^{- 2}} = 5, 0 \times 10^{3}$ V/m. Garder $d$ en cm donne 50, erreur d'un facteur 100.
Un électron placé dans un champ électrostatique uniforme $\vec{E}$ subit une force :
- A. de même sens que $\vec{E}$
- B. de sens opposé à $\vec{E}$
- C. perpendiculaire à $\vec{E}$
- D. nulle car sa charge est très petite
Réponse
B. de sens opposé à $\vec{E}$ — $\vec{F} = - e \vec{E}$ : la charge étant négative, la force est opposée au champ, dirigée vers l'armature positive.
En M, une charge $q = - 4, 4$ nC subit une force de valeur $1, 1 \times 10^{- 5}$ N. La valeur du champ en M est :
- A. $4, 84 \times 10^{- 14}$ V/m
- B. $2, 5 \times 10^{3}$ V/m
- C. $- 2, 5 \times 10^{3}$ V/m
- D. $4, 0 \times 10^{- 4}$ V/m
Réponse
B. $2, 5 \times 10^{3}$ V/m — $E = \frac{F}{| q |} = \frac{1, 1 \times 10^{- 5}}{4, 4 \times 10^{- 9}} = 2, 5 \times 10^{3}$ V/m. Une valeur de champ est toujours positive : le signe de $q$ ne sert qu'au sens.
L'intensité du champ de gravitation à la surface d'un astre de masse $M$ et de rayon $R$ vaut :
- A. $G \frac{M}{R}$
- B. $G \frac{M m}{R^{2}}$
- C. $G \frac{M^{2}}{R^{2}}$
- D. $G \frac{M}{R^{2}}$
Réponse
D. $G \frac{M}{R^{2}}$ — $𝒢 = \frac{F}{m} = G \frac{M}{R^{2}}$ : le champ ne dépend pas de la masse $m$ du corps test.
À l'altitude $h = \frac{R_{T}}{2}$ , l'intensité du champ de pesanteur vaut environ ( $g_{0} = 9, 81$ N/kg) :
- A. $4, 4$ N/kg
- B. $6, 5$ N/kg
- C. $2, 5$ N/kg
- D. $14, 7$ N/kg
Réponse
A. $4, 4$ N/kg — Distance au centre $1, 5 R_{T}$ : $g = \frac{9, 81}{1, 5^{2}} = \frac{9, 81}{2, 25} \approx 4, 4$ N/kg. Diviser par 1,5 sans élever au carré donne 6,5 N/kg.
Deux boules de plomb de 16 kg chacune ont leurs centres distants de 22 cm ( $G = 6, 67 \times 10^{- 11}$ SI). La force de gravitation vaut :
- A. $7, 8 \times 10^{- 8}$ N
- B. $3, 5 \times 10^{- 11}$ N
- C. $3, 5 \times 10^{- 7}$ N
- D. $2, 21 \times 10^{- 8}$ N
Réponse
C. $3, 5 \times 10^{- 7}$ N — $F = 6, 67 \times 10^{- 11} \times \frac{16 \times 16}{(0, 22)^{2}} \approx 3, 5 \times 10^{- 7}$ N : une force minuscule entre objets usuels.

Niveau difficile — 8 questions

Deux lignes de champ électrostatique peuvent-elles se couper ?
- A. Oui, au voisinage des charges
- B. Oui, si le champ est uniforme
- C. Oui, en un point où deux champs s'additionnent
- D. Non, le champ aurait deux directions
Réponse
D. Non, le champ aurait deux directions — En un point, le champ total a une seule direction : une seule ligne de champ peut y passer.
Pour un proton et un électron, le rapport $\frac{F_{e}}{F_{g}}$ :
- 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 en $\frac{1}{d^{2}}$ : leur rapport $\frac{k e^{2}}{G m_{e} m_{p}} \approx 2, 3 \times 10^{39}$ est indépendant de la distance.
Pourquoi la gravitation domine-t-elle à l'échelle astronomique ?
- A. Les astres sont globalement neutres
- B. La constante $G$ est plus grande que $k$
- C. La gravitation a une portée plus longue
- D. Les charges s'annulent au-delà de 1 km
Réponse
A. Les astres sont globalement neutres — Les deux interactions ont une portée infinie et $G ≪ k$ ; mais la matière est neutre, donc les forces électrostatiques se compensent, alors que la gravitation s'additionne.
Dans un condensateur plan, on double la tension $U$ et on double l'écartement $d$ . Le champ :
- A. double
- B. est divisé par 2
- C. est inchangé
- D. est multiplié par 4
Réponse
C. est inchangé — $E = \frac{U}{d}$ : $\frac{2 U}{2 d} = \frac{U}{d}$ , le champ est inchangé.
À la surface de la Terre, le champ de pesanteur $\vec{g}$ et le champ de gravitation terrestre $\vec{𝒢}$ :
- A. sont exactement égaux en tout point
- B. sont de sens opposés
- C. diffèrent d'un facteur 2 environ
- D. diffèrent très peu
Réponse
D. diffèrent très peu — Ils ne diffèrent que de quelques millièmes, à cause de la rotation de la Terre ; on les confond en première approximation.
Une charge $Q<0$ placée en O crée en un point M un champ $\vec{E}$ :
- A. dirigé de M vers la charge
- B. dirigé de la charge vers M
- C. nul si M est loin
- D. perpendiculaire à la droite (OM)
Réponse
A. dirigé de M vers la charge — $\vec{E} = k \frac{Q}{O M^{2}} {\vec{u}}_{O M}$ avec $Q<0$ : le champ est opposé à $\vec{u}_{OM}$, donc dirigé vers O. Loin, il est faible mais pas nul.
Deux charges exercent l'une sur l'autre des forces de valeur $F$ . On double $q_{A}$ et on double la distance. La nouvelle valeur est :
- A. $4 F$
- B. $F$
- C. $F / 2$
- D. $2 F$
Réponse
C. $F / 2$ — $F^{'} = k \frac{2 | q_{A} | | q_{B} |}{(2 d)^{2}} = \frac{2}{4} F = \frac{F}{2}$ .
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 $+ q$ fuit A (vers B) ; celui de $- q$ pointe vers B : les deux s'ajoutent, de A vers B. Il ne s'annule que pour deux charges de même signe et même valeur.

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