Lycée · 2ⁿᵈᵉ · Physique-Chimie (2nde)
Énergie et travail
Travail d'une force, énergie cinétique et potentielle, conversions d'énergie — programme de 2nde
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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 de l'énergie dans le Système International ?
- A. Watt (W)
- B. Joule (J)
- C. Newton (N)
- D. Pascal (Pa)
Réponse
B. Joule (J) — L'énergie se mesure en joules (J) dans le SI. Le watt est l'unité de puissance.
L'énergie cinétique d'un objet est nulle lorsque :
- A. l'objet est en hauteur
- B. l'objet est au repos
- C. l'objet est chaud
- D. l'objet est éclairé
Réponse
B. l'objet est au repos — Ec = ½mv² = 0 si et seulement si v = 0, c'est-à-dire quand l'objet est au repos.
L'énergie potentielle de pesanteur dépend :
- A. de la vitesse et de la masse
- B. de la masse et de la hauteur
- C. de la température et de la hauteur
- D. de la force et de la vitesse
Réponse
B. de la masse et de la hauteur — Ep = mgh : elle dépend de la masse m, de g et de la hauteur h.
Le travail d'une force est nul quand :
- A. la force est grande
- B. la force est perpendiculaire au déplacement
- C. la force est dans le sens du déplacement
- D. le déplacement est grand
Réponse
B. la force est perpendiculaire au déplacement — W = Fd cos(α) = 0 si cos(90°) = 0, c'est-à-dire si la force est perpendiculaire au déplacement.
1 kWh est équivalent à :
- A. 1 000 J
- B. 3 600 J
- C. 3 600 000 J
- D. 100 J
Réponse
C. 3 600 000 J — 1 kWh = 1 000 W × 3 600 s = 3 600 000 J = 3,6 MJ.
Quelle est l'unité de la puissance ?
- A. Joule
- B. Newton
- C. Watt
- D. Volt
Réponse
C. Watt — La puissance se mesure en watts (W). P = E/Δt → [W] = J/s.
Un travail moteur est un travail :
- A. négatif
- B. nul
- C. positif
- D. infini
Réponse
C. positif — Un travail moteur est positif (W > 0) : la force accélère l'objet ou lui fournit de l'énergie.
L'énergie cinétique est calculée par :
- A. Ec = mv
- B. Ec = mgh
- C. Ec = ½mv²
- D. Ec = Fd
Réponse
C. Ec = ½mv² — La formule de l'énergie cinétique est Ec = ½mv² (m en kg, v en m/s, Ec en J).
Un objet de 2 kg à h = 5 m du sol (g = 10 N/kg) a une Ep de :
- A. 10 J
- B. 100 J
- C. 50 J
- D. 25 J
Réponse
B. 100 J — Ep = 2 × 10 × 5 = 100 J.
Le principe de conservation de l'énergie énonce que :
- A. l'énergie augmente toujours
- B. l'énergie totale d'un système isolé est constante
- C. l'énergie se détruit lors des frottements
- D. l'énergie dépend de la température
Réponse
B. l'énergie totale d'un système isolé est constante — Dans un système isolé, l'énergie totale se conserve : elle se transforme d'une forme à une autre mais sa quantité totale reste constante.
La puissance P d'un appareil consommant E joules en Δt secondes est :
- A. P = E × Δt
- B. P = E / Δt
- C. P = Δt / E
- D. P = E + Δt
Réponse
B. P = E / Δt — P = E / Δt, l'unité est le watt (W = J/s).
L'énergie cinétique est :
- A. toujours négative
- B. positive ou nulle
- C. toujours nulle
- D. négative si l'objet ralentit
Réponse
B. positive ou nulle — Ec = ½mv² ≥ 0 car m > 0 et v² ≥ 0. Elle est nulle si v = 0 et positive sinon.
Niveau moyen — 12 questions
Un objet de 4 kg se déplace à 3 m/s. Son énergie cinétique vaut :
- A. 6 J
- B. 12 J
- C. 18 J
- D. 36 J
Réponse
C. 18 J — Ec = ½ × 4 × 3² = ½ × 4 × 9 = 18 J.
Une force de 60 N fait un angle de 60° avec le déplacement de 5 m. Le travail vaut :
- A. 300 J
- B. 150 J
- C. 259 J
- D. 0 J
Réponse
B. 150 J — W = 60 × 5 × cos(60°) = 300 × 0,5 = 150 J.
Le travail du poids lors d'une chute de h = 2 m d'un objet de 3 kg (g = 10 N/kg) est :
- A. -60 J
- B. 60 J
- C. 30 J
- D. 6 J
Réponse
B. 60 J — Le poids P = mg = 30 N est dans le sens de la chute. W = 30 × 2 = 60 J (travail moteur).
Selon le théorème de l'énergie cinétique, si ΣW > 0 alors :
- A. l'objet ralentit
- B. la vitesse reste constante
- C. l'objet accélère
- D. l'Ep augmente
Réponse
C. l'objet accélère — ΔEc = ΣW > 0 signifie que l'énergie cinétique augmente, donc l'objet accélère.
Un moteur de rendement 75 % reçoit 400 J. L'énergie utile produite vaut :
- A. 100 J
- B. 300 J
- C. 400 J
- D. 533 J
Réponse
B. 300 J — E_utile = η × E_fournie = 0,75 × 400 = 300 J.
Une balle de 0,1 kg est lancée à 10 m/s vers le haut. Son Ec initiale vaut :
- A. 1 J
- B. 5 J
- C. 10 J
- D. 50 J
Réponse
B. 5 J — Ec = ½ × 0,1 × 100 = 5 J.
Lors d'une montée, le travail du poids est :
- A. positif (moteur)
- B. nul
- C. négatif (résistant)
- D. indéfini
Réponse
C. négatif (résistant) — Lors d'une montée, le poids est opposé au déplacement : W < 0, c'est un travail résistant.
Un appareil de 500 W fonctionne 2 minutes. Il consomme :
- A. 1 000 J
- B. 250 J
- C. 60 000 J
- D. 500 J
Réponse
C. 60 000 J — E = P × Δt = 500 × 120 = 60 000 J (attention : 2 min = 120 s).
Si la vitesse d'un objet double, son énergie cinétique est multipliée par :
- A. 2
- B. 3
- C. 4
- D. 8
Réponse
C. 4 — Ec ∝ v² : si v est multipliée par 2, Ec est multipliée par 2² = 4.
L'énergie potentielle de pesanteur d'un objet augmente quand :
- A. il descend
- B. il ralentit
- C. il monte
- D. il s'échauffe
Réponse
C. il monte — Ep = mgh : quand h augmente (montée), Ep augmente.
La force de frottement effectue un travail :
- A. toujours nul
- B. toujours positif
- C. toujours négatif
- D. parfois positif
Réponse
C. toujours négatif — La force de frottement est toujours opposée au déplacement, donc son travail est toujours négatif (résistant).
Un objet part du repos. Après application de ΣW = 72 J, sa vitesse finale (m = 4 kg) vaut :
- A. 4 m/s
- B. 6 m/s
- C. 9 m/s
- D. 18 m/s
Réponse
B. 6 m/s — Ec,B = 72 J → ½ × 4 × v² = 72 → v² = 36 → v = 6 m/s.
Niveau difficile — 12 questions
Un objet glisse sans frottement sur un plan incliné de 30° sur 4 m (g = 10 N/kg, m = 2 kg). Le travail du poids vaut :
- A. 80 J
- B. 40 J
- C. 69,3 J
- D. 20 J
Réponse
B. 40 J — Composante du poids selon la pente = mg sin(30°) = 2×10×0,5 = 10 N. W = 10 × 4 = 40 J. Ou directement : W = mgΔh = 2×10×(4×sin30°) = 2×10×2 = 40 J.
Un objet se déplace à 3 m/s puis reçoit ΣW = −9 J (m = 2 kg). Sa vitesse finale vaut :
- A. 0 m/s
- B. 2 m/s
- C. 1 m/s
- D. 3 m/s
Réponse
A. 0 m/s — Ec,A = ½×2×9 = 9 J. Ec,B = 9 − 9 = 0 J. Donc v = 0 m/s : l'objet s'arrête exactement.
Un rendement de 80 % signifie que :
- A. 20 % de l'énergie est produite
- B. 80 % de l'énergie fournie est convertie en énergie utile
- C. 80 % de l'énergie est perdue
- D. l'énergie utile est 80 J
Réponse
B. 80 % de l'énergie fournie est convertie en énergie utile — η = E_utile/E_fournie = 0,80 : 80 % de l'énergie fournie devient énergie utile, 20 % est dissipée.
La distance de freinage d'une voiture est proportionnelle à :
- A. v
- B. v²
- C. v³
- D. 1/v
Réponse
B. v² — Par le TEC : Wfrottement = ΔEc → f×d = ½mv² → d = mv²/(2f) ∝ v². La distance est proportionnelle à v².
Un objet de 5 kg descend de h = 4 m en présence de frottements de 10 N sur une pente de longueur L = 8 m. Son Ec finale (départ au repos, g = 10 N/kg) vaut :
- A. 200 J
- B. 120 J
- C. 80 J
- D. 160 J
Réponse
B. 120 J — W_poids = mgh = 5×10×4 = 200 J ; W_frot = −10×8 = −80 J ; ΣW = 120 J ; Ec = 0 + 120 = 120 J.
L'énergie mécanique Em = Ec + Ep est conservée uniquement si :
- A. il n'y a pas de vitesse
- B. il n'y a pas de frottements
- C. l'objet monte
- D. la hauteur est nulle
Réponse
B. il n'y a pas de frottements — Sans frottements (ni autre force non conservative), l'énergie mécanique totale se conserve : Em = Ec + Ep = constante.
Un appareil de puissance P = 1 200 W avec rendement 60 % produit une puissance utile de :
- A. 2 000 W
- B. 720 W
- C. 600 W
- D. 480 W
Réponse
B. 720 W — P_utile = η × P = 0,60 × 1200 = 720 W.
Pour doubler la vitesse d'un objet au repos, le travail nécessaire est multiplié par :
- A. 2
- B. 4
- C. 8
- D. 1
Réponse
B. 4 — Pour atteindre v : W = ½mv². Pour atteindre 2v : W = ½m(2v)² = 4×½mv². Le travail est multiplié par 4.
Un plongeur de 70 kg saute d'un tremplin à h = 10 m sans vitesse initiale. En bas (h = 0), sa vitesse (sans frottements, g = 10 N/kg) vaut :
- A. 10 m/s
- B. 14,1 m/s
- C. 7 m/s
- D. 100 m/s
Réponse
B. 14,1 m/s — Conservation : Ep = Ec → mgh = ½mv² → v = √(2gh) = √(200) ≈ 14,1 m/s.
La force de réaction du sol sur un objet posé au repos effectue un travail :
- A. positif
- B. nul
- C. négatif
- D. variable
Réponse
B. nul — L'objet est au repos, donc déplacement = 0. W = F×0 = 0 J. Pas de déplacement → pas de travail.
Si on triple la hauteur d'un objet, son énergie potentielle de pesanteur est :
- A. multipliée par 9
- B. multipliée par 3
- C. multipliée par √3
- D. inchangée
Réponse
B. multipliée par 3 — Ep = mgh : si h est multiplié par 3, Ep est aussi multiplié par 3 (relation linéaire).
Dans une conversion d'énergie réelle, l'énergie totale :
- A. augmente
- B. diminue car de l'énergie est détruite
- C. reste constante, mais une partie devient de la chaleur non récupérable
- D. dépend du rendement
Réponse
C. reste constante, mais une partie devient de la chaleur non récupérable — L'énergie totale est conservée, mais une partie se transforme en chaleur (dégradée), conformément au premier principe de la thermodynamique.
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