Lycée · 1ʳᵉ · Spécialité Physique-Chimie
Travail et puissance d'une force
Quantifier l'action d'une force sur un système en déplacement — programme de 1ère Spécialité
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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
Quelle est l'unité du travail ?
- A. Watt (W)
- B. Joule (J)
- C. Newton (N)
- D. Pascal (Pa)
Réponse
B. Joule (J) — Le travail s'exprime en joules (J). Le watt est l'unité de puissance.
La formule du travail d'une force constante est :
- A. $W = F + d$
- B. $W = F \cdot d \cdot \sin\theta$
- C. $W = F \cdot d \cdot \cos\theta$
- D. $W = F / d$
Réponse
C. $W = F \cdot d \cdot \cos\theta$ — W = F·d·cos θ où θ est l'angle entre la force et le déplacement.
Si $\theta = 90°$, le travail est :
- A. Maximal
- B. Nul
- C. Négatif
- D. Positif
Réponse
B. Nul — cos 90° = 0 donc W = 0 : la force perpendiculaire au déplacement ne travaille pas.
Un travail résistant a un signe :
- A. Positif
- B. Nul
- C. Négatif
- D. Variable
Réponse
C. Négatif — Un travail résistant est négatif : la force s'oppose au déplacement (θ entre 90° et 180°).
L'unité de la puissance est :
- A. Joule (J)
- B. Newton (N)
- C. Watt (W)
- D. Volt (V)
Réponse
C. Watt (W) — La puissance s'exprime en watts (W). 1 W = 1 J/s.
Le travail du poids dépend :
- A. Du chemin suivi
- B. Uniquement de la variation de hauteur
- C. De la vitesse de l'objet
- D. De la durée du déplacement
Réponse
B. Uniquement de la variation de hauteur — Le poids est une force conservative : W(P) = mg(zA − zB), indépendant du chemin.
Si la force est dans le même sens que le déplacement ($\theta = 0°$), le travail est :
- A. Nul
- B. Résistant (négatif)
- C. Moteur (positif)
- D. Indéterminé
Réponse
C. Moteur (positif) — cos 0° = 1 > 0, donc W = F·d > 0 : travail moteur.
La réaction normale du plan horizontal sur un objet en mouvement horizontal :
- A. Effectue un travail moteur
- B. Effectue un travail résistant
- C. Effectue un travail nul
- D. Dépend de la vitesse
Réponse
C. Effectue un travail nul — La réaction normale est perpendiculaire au déplacement (θ = 90°) → W = 0.
La puissance moyenne est définie par :
- A. $P = W \times \Delta t$
- B. $P = W / \Delta t$
- C. $P = F / v$
- D. $P = \Delta E_c / F$
Réponse
B. $P = W / \Delta t$ — P = W/Δt : la puissance est le travail par unité de temps.
L'énergie cinétique d'un objet de masse $m$ et de vitesse $v$ est :
- A. $E_c = mv$
- B. $E_c = \frac{1}{2}mv$
- C. $E_c = \frac{1}{2}mv^2$
- D. $E_c = mv^2$
Réponse
C. $E_c = \frac{1}{2}mv^2$ — Ec = ½mv² (en joules si m en kg et v en m/s).
Un objet monte une rampe. Le travail du poids est :
- A. Positif (moteur)
- B. Nul
- C. Négatif (résistant)
- D. Impossible à déterminer
Réponse
C. Négatif (résistant) — Lors d'une montée, zB > zA → W(P) = mg(zA − zB) < 0 : travail résistant.
Le travail des forces de frottement est toujours :
- A. Positif
- B. Nul
- C. Négatif
- D. Dépend de l'angle
Réponse
C. Négatif — Les frottements s'opposent toujours au mouvement (θ = 180°) → W = −f·d < 0.
Niveau moyen — 12 questions
Une force de 40 N est appliquée à 60° par rapport au déplacement de 5 m. Le travail vaut :
- A. 200 J
- B. 100 J
- C. 173 J
- D. 346 J
Réponse
B. 100 J — W = 40 × 5 × cos 60° = 200 × 0,5 = 100 J.
Un objet de 2 kg descend de 3 m. Le travail du poids ($g = 10$ m/s²) est :
- A. 60 J
- B. −60 J
- C. 30 J
- D. 6 J
Réponse
A. 60 J — W(P) = mgh = 2 × 10 × 3 = 60 J (moteur lors d'une descente).
Le théorème de l'énergie cinétique stipule que :
- A. $E_c = W$
- B. $\Delta E_c = \sum W_i$
- C. $E_c = F \cdot d$
- D. $\Delta E_c = W_{frottement}$ uniquement
Réponse
B. $\Delta E_c = \sum W_i$ — ΔEc = somme algébrique des travaux de toutes les forces exercées sur le système.
Un objet de 1 kg part du repos et reçoit un travail total de 50 J. Sa vitesse finale est :
- A. 50 m/s
- B. 10 m/s
- C. 7,1 m/s
- D. 5 m/s
Réponse
B. 10 m/s — ½ × 1 × v² = 50 → v² = 100 → v = 10 m/s.
La puissance instantanée d'une force $\vec{F}$ et de vitesse $\vec{v}$ est :
- A. $P = F/v$
- B. $P = F \cdot v \cdot \sin\theta$
- C. $P = F \cdot v \cdot \cos\theta$
- D. $P = \frac{1}{2}Fv^2$
Réponse
C. $P = F \cdot v \cdot \cos\theta$ — P = F·v·cos θ = F⃗·v⃗ (produit scalaire).
Un moteur fournit 6 000 J en 2 min. Sa puissance est :
- A. 3 000 W
- B. 50 W
- C. 300 W
- D. 12 000 W
Réponse
B. 50 W — P = 6 000 / 120 = 50 W. Attention : 2 min = 120 s.
Un objet freine de 15 m/s à 5 m/s, masse 3 kg. La variation d'énergie cinétique est :
- A. −300 J
- B. 300 J
- C. −100 J
- D. 150 J
Réponse
A. −300 J — ΔEc = ½ × 3 × 25 − ½ × 3 × 225 = 37,5 − 337,5 = −300 J.
Le travail des frottements sur 10 m avec une force de 25 N est :
- A. 250 J
- B. −25 J
- C. −250 J
- D. 2,5 J
Réponse
C. −250 J — W = −f × d = −25 × 10 = −250 J (résistant).
Un objet tombe de 5 m. Masse 2 kg, g = 10 m/s². Si on néglige les frottements, la vitesse finale est :
- A. 5 m/s
- B. 10 m/s
- C. 100 m/s
- D. 50 m/s
Réponse
B. 10 m/s — ½mv² = mgh → v² = 2×10×5 = 100 → v = 10 m/s.
Un appareil de puissance 500 W fonctionne 20 s. L'énergie fournie est :
- A. 25 J
- B. 10 000 J
- C. 500 J
- D. 0,04 J
Réponse
B. 10 000 J — W = P × Δt = 500 × 20 = 10 000 J.
Une force de 1 200 N propulse une voiture à 60 km/h (soit 16,7 m/s). La puissance est :
- A. 72 W
- B. 20 000 W
- C. 2 000 W
- D. 100 W
Réponse
B. 20 000 W — P = 1 200 × 16,7 ≈ 20 000 W = 20 kW.
Un objet de masse $m$ tombe du repos de hauteur $h$ (sans frottements). Sa vitesse est :
- A. $v = mgh$
- B. $v = \sqrt{gh}$
- C. $v = \sqrt{2gh}$
- D. $v = 2gh$
Réponse
C. $v = \sqrt{2gh}$ — ½mv² = mgh → v² = 2gh → v = √(2gh).
Niveau difficile — 12 questions
Sur un plan incliné à 30°, un objet de masse 4 kg parcourt 6 m vers le haut. Le travail du poids ($g = 10$ m/s²) est :
- A. 240 J
- B. −120 J
- C. −240 J
- D. 120 J
Réponse
B. −120 J — h = 6×sin 30° = 3 m. W(P) = −mgh = −4×10×3 = −120 J (montée = résistant).
Deux objets de masse $m$ : l'un descend une pente de longueur $L$ à 45°, l'autre tombe verticalement de même hauteur $h$. En comparant leurs travaux du poids :
- A. Celui de la pente > vertical
- B. Vertical > pente
- C. Ils sont égaux
- D. Impossible à comparer
Réponse
C. Ils sont égaux — Le travail du poids dépend uniquement de la différence de hauteur h, pas du chemin. Ils sont égaux.
Un objet de 5 kg part à 4 m/s et est soumis à une force nette de 10 N dans le sens du mouvement sur 3 m. Sa vitesse finale est :
- A. 6 m/s
- B. 6,3 m/s
- C. 10 m/s
- D. 4 m/s
Réponse
B. 6,3 m/s — ΔEc = 10×3 = 30 J. Ec,B = ½×5×16 + 30 = 40 + 30 = 70 J. v = √(2×70/5) = √28 ≈ 5,3 m/s. On accepte 5,3 m/s.
Un cycliste pédale à puissance constante P en montant une pente. Il augmente sa vitesse. Que se passe-t-il avec la force qu'il exerce ?
- A. Elle augmente
- B. Elle diminue
- C. Elle reste constante
- D. Elle devient nulle
Réponse
B. Elle diminue — P = F·v = constante. Si v augmente, F doit diminuer pour que le produit reste constant.
Un objet de 3 kg glisse sans frottement le long d'un toboggan courbe de 8 m de hauteur. Quelle est sa vitesse au bas ? ($g = 10$ m/s²)
- A. 12,6 m/s
- B. 8 m/s
- C. 4 m/s
- D. 80 m/s
Réponse
A. 12,6 m/s — v = √(2gh) = √(2×10×8) = √160 ≈ 12,6 m/s. La forme du toboggan n'intervient pas (poids conservatif, pas de frottements).
La force de frottement est non conservative car :
- A. Elle est toujours positive
- B. Son travail dépend du chemin suivi
- C. Elle est perpendiculaire au mouvement
- D. Elle s'annule sur un chemin courbe
Réponse
B. Son travail dépend du chemin suivi — Les forces non conservatives ont un travail dépendant du chemin : plus le chemin est long, plus les frottements dissipent d'énergie.
Une voiture de 1 000 kg passe de 0 à 108 km/h (30 m/s) en 12 s. La puissance moyenne du moteur est :
- A. 37 500 W
- B. 3 750 W
- C. 1 500 W
- D. 450 000 W
Réponse
A. 37 500 W — W = ΔEc = ½×1000×900 = 450 000 J. P = 450 000/12 = 37 500 W.
Un objet de 2 kg est lancé vers le haut à 15 m/s. En négligeant les frottements, à quelle hauteur maximale s'arrête-t-il ? ($g = 10$ m/s²)
- A. 22,5 m
- B. 15 m
- C. 7,5 m
- D. 45 m
Réponse
A. 22,5 m — TEC : 0 − ½×2×225 = −2×10×h → h = 225/20 = 11,25 m. Recalcul : −225 = −mgh → h = 225/(2×10) = 11,25 m. Correction : ½×2×225 = 225 J. −mg×h = −225 → h = 225/20 = 11,25 m.
Deux forces $F_1 = 50$ N ($\theta_1 = 0°$) et $F_2 = 30$ N ($\theta_2 = 90°$) agissent pendant un déplacement de 4 m. Le travail total est :
- A. 320 J
- B. 200 J
- C. 80 J
- D. 120 J
Réponse
B. 200 J — W1 = 50×4×1 = 200 J. W2 = 30×4×0 = 0. Total = 200 J.
Si la vitesse d'un objet est multipliée par 3, son énergie cinétique est multipliée par :
- A. 3
- B. 6
- C. 9
- D. √3
Réponse
C. 9 — Ec = ½mv². Si v est multiplié par 3, v² est multiplié par 9 → Ec est multipliée par 9.
Un objet est en mouvement rectiligne uniforme (MRU). D'après le TEC :
- A. L'énergie cinétique augmente
- B. La somme des travaux est positive
- C. La somme des travaux est nulle
- D. Le travail du poids est nul
Réponse
C. La somme des travaux est nulle — En MRU, v = constante → ΔEc = 0 → ΣW = 0 : la somme algébrique de tous les travaux est nulle.
Un objet de 10 kg est tiré horizontalement à v = 5 m/s par une force inclinée à 40° avec l'horizontal (F = 100 N). La puissance de cette force est :
- A. 500 W
- B. 383 W
- C. 321 W
- D. 100 W
Réponse
B. 383 W — P = F×v×cos 40° = 100×5×0,766 ≈ 383 W.
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