Ressources · 2ⁿᵈᵉ · Physique-Chimie (2nde)
Signaux et capteurs : circuits, loi d’Ohm et capteurs
Mesures et fléchage ; lois des nœuds et des mailles (deux mailles au plus) ; caractéristique et point de fonctionnement ; loi d’Ohm et modélisation en Python ; capteurs résistifs, courbe d’étalonnage et microcontrôleur.
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
Dans un circuit en série, l’intensité du courant…
- A. est plus forte près de la borne + du générateur
- B. est la même en tout point du circuit
- C. diminue après chaque dipôle traversé
- D. se partage entre les différents dipôles
Réponse
B. est la même en tout point du circuit — Dans un circuit en série, il n’y a aucun nœud : le courant ne peut pas se partager, l’intensité est la même partout. Le courant ne « s’use » pas en traversant un dipôle.
Comment branche-t-on un voltmètre pour mesurer la tension aux bornes d’une lampe ?
- A. En série, juste avant la lampe
- B. En série, entre la lampe et le générateur
- C. À la place de la lampe dans le circuit
- D. En dérivation, aux bornes de la lampe
Réponse
D. En dérivation, aux bornes de la lampe — Une tension se mesure entre deux points : le voltmètre se branche en dérivation, ses bornes V et COM reliées aux deux bornes de la lampe, sans ouvrir le circuit.
Quelle est l’unité de la résistance électrique ?
- A. L’ohm (Ω)
- B. Le volt (V)
- C. L’ampère (A)
- D. Le watt (W)
Réponse
A. L’ohm (Ω) — La résistance s’exprime en ohms (Ω). Le volt est l’unité de la tension, l’ampère celle de l’intensité, le watt celle de la puissance.
La loi des nœuds affirme que…
- A. les tensions des branches en dérivation s’ajoutent entre elles
- B. l’intensité est la même dans toutes les branches du circuit
- C. les intensités qui arrivent à un nœud ont la même somme que celles qui en repartent
- D. la somme algébrique des tensions le long d’une maille est nulle
Réponse
C. les intensités qui arrivent à un nœud ont la même somme que celles qui en repartent — La loi des nœuds porte sur les intensités : ce qui arrive à un nœud en repart. La somme algébrique nulle des tensions d’une maille, c’est la loi des mailles.
Pour un conducteur ohmique, la loi d’Ohm s’écrit :
- A. U = R × I
- B. I = R × U
- C. R = U × I
- D. U = R ÷ I
Réponse
A. U = R × I — U = R × I, avec U en volts, R en ohms et I en ampères. On en déduit R = U ÷ I et I = U ÷ R.
La caractéristique U = f(I) d’un conducteur ohmique est…
- A. une droite qui ne passe pas par l’origine
- B. une courbe qui monte de plus en plus vite
- C. une droite qui passe par l’origine
- D. une droite horizontale
Réponse
C. une droite qui passe par l’origine — U et I sont proportionnelles : la caractéristique est une droite passant par l’origine, de coefficient directeur R.
Lequel de ces objets utilise un capteur de température ?
- A. une rallonge électrique à trois prises
- B. un interrupteur mural de chambre
- C. la pile d’une télécommande
- D. le thermostat d’un four électrique
Réponse
D. le thermostat d’un four électrique — Le thermostat d’un four mesure la température ; sur un four électronique, c’est une sonde de température résistive, dont la résistance change avec la température. Les autres objets ne mesurent rien.
Deux lampes sont montées en dérivation aux bornes d’un générateur de 4,2 V. La tension aux bornes de chaque lampe vaut :
- A. 2,1 V
- B. 4,2 V
- C. 8,4 V
- D. 0 V
Réponse
B. 4,2 V — Des dipôles en dérivation aux bornes du générateur ont tous la tension du générateur : 4,2 V. La tension ne se partage qu’entre dipôles en série.
Dans un circuit électrique, une maille est…
- A. un point relié à au moins trois fils
- B. une portion de circuit entre deux nœuds
- C. un fil qui relie deux dipôles voisins
- D. un chemin fermé du circuit
Réponse
D. un chemin fermé du circuit — Une maille est un chemin fermé qui ne passe qu’une fois par chacun de ses points. Un point relié à au moins trois fils est un nœud ; une portion entre deux nœuds, une branche.
Pour relever la caractéristique d’un dipôle, on mesure…
- A. plusieurs couples (I ; U) en faisant varier la tension
- B. une seule intensité, sous la tension la plus forte
- C. la résistance du dipôle avec un ohmmètre
- D. la tension du générateur, une seule fois
Réponse
A. plusieurs couples (I ; U) en faisant varier la tension — La caractéristique est une courbe : il faut de nombreux points (I ; U), obtenus en faisant varier la tension appliquée au dipôle.
Une carte à microcontrôleur reliée à un capteur résistif mesure directement…
- A. une résistance
- B. une température
- C. une tension
- D. un éclairement
Réponse
C. une tension — La carte mesure une tension ; le capteur, placé en série avec un conducteur ohmique, fait varier cette tension, que le programme convertit grâce à la courbe d’étalonnage.
Dans la relation U = R × I, l’intensité doit être exprimée en :
- A. milliampères (mA)
- B. ampères (A)
- C. volts (V)
- D. ohms (Ω)
Réponse
B. ampères (A) — U = R × I s’utilise en volts, ohms et ampères : une intensité en milliampères doit d’abord être convertie (12 mA = 0,012 A).
Niveau moyen ★★ — 12 questions
Un conducteur ohmique de 330 Ω est traversé par un courant de 0,021 A. La tension à ses bornes vaut :
- A. 0,0636 V
- B. 15,7 V
- C. 6,93 V
- D. 693 V
Réponse
C. 6,93 V — U = R × I = 330 × 0,021 = 6,93 V. Les autres valeurs viennent d’une division ou d’une conversion erronée.
Un générateur de 11,4 V alimente deux dipôles en série. La tension aux bornes du premier vaut 6,8 V. Celle aux bornes du second vaut :
- A. 4,6 V
- B. 18,2 V
- C. 6,8 V
- D. 5,7 V
Réponse
A. 4,6 V — Loi des mailles : 11,4 = 6,8 + U, donc U = 11,4 − 6,8 = 4,6 V. La tension se partage, mais pas forcément à parts égales.
À un nœud arrive un courant de 1,05 A ; il en repart deux courants, dont l’un vaut 0,62 A. L’autre vaut :
- A. 1,67 A
- B. 0,62 A
- C. 0,525 A
- D. 0,43 A
Réponse
D. 0,43 A — Loi des nœuds : 1,05 = 0,62 + I, donc I = 0,43 A. Les intensités ne se partagent pas forcément à parts égales.
Un dipôle ohmique soumis à 3,6 V est traversé par 48 mA. Sa résistance vaut :
- A. 0,075 Ω
- B. 75 Ω
- C. 173 Ω
- D. 7,5 Ω
Réponse
B. 75 Ω — R = U ÷ I = 3,6 ÷ 0,048 = 75 Ω. Diviser par 48 sans convertir les mA en A donne 0,075, qui serait une valeur en kΩ.
La caractéristique d’un conducteur ohmique passe par l’origine et par le point (45 mA ; 6,03 V). Sa résistance vaut environ :
- A. 0,134 Ω
- B. 7,46 Ω
- C. 271 Ω
- D. 134 Ω
Réponse
D. 134 Ω — R = ΔU ÷ ΔI = 6,03 ÷ 0,045 ≈ 134 Ω. 7,46 correspond au calcul inverse I ÷ U, avec I en mA.
Une CTN vaut 5,2 kΩ à 25 °C et 3,2 kΩ à 35 °C. Elle mesure 4,7 kΩ. En assimilant la courbe à un segment, la température vaut environ :
- A. 32,5 °C
- B. 27,5 °C
- C. 30 °C
- D. 22,5 °C
Réponse
B. 27,5 °C — R baisse de 2,0 kΩ pour 10 °C ; il faut une baisse de 0,5 kΩ, soit un quart : θ ≈ 25 + 10 × 0,5 ÷ 2,0 = 27,5 °C. 32,5 °C viendrait d’une lecture partie du mauvais côté.
Deux conducteurs ohmiques de 560 Ω et 820 Ω sont en série sous 6,9 V. L’intensité du courant vaut :
- A. 5,0 mA
- B. 12,3 mA
- C. 2,5 mA
- D. 20,7 mA
Réponse
A. 5,0 mA — Même intensité en série et 6,9 = (560 + 820) × I : I = 6,9 ÷ 1 380 = 0,0050 A = 5,0 mA.
Une DEL est en série avec un conducteur ohmique de 220 Ω sous 6,6 V. À son point de fonctionnement, la tension aux bornes de la DEL vaut 2,2 V. L’intensité vaut :
- A. 30 mA
- B. 10 mA
- C. 20 mA
- D. 40 mA
Réponse
C. 20 mA — Loi des mailles : la tension du conducteur vaut 6,6 − 2,2 = 4,4 V ; loi d’Ohm : I = 4,4 ÷ 220 = 0,020 A = 20 mA. 30 mA (6,6 ÷ 220) oublie la DEL.
Une thermistance soumise à 1,20 V est traversée par 0,40 mA. Sa résistance vaut :
- A. 0,48 kΩ
- B. 3,0 kΩ
- C. 3,0 Ω
- D. 0,33 kΩ
Réponse
B. 3,0 kΩ — R = U ÷ I = 1,20 ÷ (0,40 × 10⁻³) = 3 000 Ω = 3,0 kΩ. 3,0 Ω oublie la conversion des mA ; 0,48 est le produit U × I.
Avec I en ampères, le programme a, b = np.polyfit(I, U, 1) affiche a = 47.1 et b = 0.002. On peut conclure que le dipôle…
- A. est ohmique, de résistance R ≈ 0,002 Ω
- B. n’est pas ohmique, car b n’est pas nul
- C. est ohmique, de résistance R ≈ 47 kΩ
- D. est ohmique, de résistance R ≈ 47 Ω
Réponse
D. est ohmique, de résistance R ≈ 47 Ω — b ≈ 0,002 V est négligeable : la droite U = a × I + b passe pratiquement par l’origine, le dipôle est ohmique et R = a ≈ 47 Ω (I étant en ampères).
R1 est dans la branche principale, les lampes L1 et L2 sont en dérivation. Le générateur maintient 9,0 V et R1 a 3,5 V à ses bornes. La tension aux bornes de L2 vaut :
- A. 3,5 V
- B. 9,0 V
- C. 5,5 V
- D. 2,75 V
Réponse
C. 5,5 V — Maille (générateur, R1, L1) : U(L1) = 9,0 − 3,5 = 5,5 V ; L2 est en dérivation avec L1 : même tension, 5,5 V. 2,75 V partagerait à tort la tension entre deux branches.
Pour produire la courbe d’étalonnage d’une thermistance, on doit…
- A. mesurer sa résistance à plusieurs températures connues
- B. mesurer la température avec la thermistance seule
- C. calculer sa résistance par la loi d’Ohm, sans mesure
- D. mesurer sa résistance à une seule température
Réponse
A. mesurer sa résistance à plusieurs températures connues — On impose des températures connues (thermomètre de référence) et l’on mesure la résistance à chaque fois : chaque couple donne un point de la courbe.
Niveau difficile ★★★ — 12 questions
Un dipôle parcouru par un courant de 0,3 A a une tension nulle à ses bornes. Ce dipôle peut être :
- A. un fil de connexion
- B. un conducteur ohmique de 10 Ω
- C. une pile de 1,5 V
- D. une lampe allumée
Réponse
A. un fil de connexion — Un fil de connexion a une résistance quasi nulle : U = R × I ≈ 0 même quand il est parcouru par un courant. Un conducteur de 10 Ω aurait 3 V à ses bornes.
Pour quel dipôle peut-on écrire U = R × I avec R constante ?
- A. Une DEL branchée en sens direct
- B. Une lampe à filament, à forte intensité
- C. Un conducteur ohmique à température fixée
- D. Une photorésistance sous éclairement variable
Réponse
C. Un conducteur ohmique à température fixée — La loi d’Ohm avec R constante suppose une caractéristique droite passant par l’origine. La DEL et la lampe ont des caractéristiques courbées ; la LDR change de résistance quand l’éclairement varie.
Une DEL de tension de seuil 1,8 V est branchée en sens inverse, en série avec un conducteur ohmique, sous 3,0 V. L’intensité vaut environ :
- A. la même qu’en sens direct
- B. 0 mA, la DEL bloque le courant
- C. assez pour l’allumer faiblement
- D. 3,0 ÷ R, comme sans la DEL
Réponse
B. 0 mA, la DEL bloque le courant — Une DEL est un dipôle polarisé : en sens inverse, elle ne laisse pas passer le courant, quelle que soit la tension de seuil. L’intensité est nulle.
Une maille contient un générateur de 8,0 V, puis R1 (3,1 V) et R2 en série. Un élève écrit que la somme des trois tensions est nulle et trouve −11,1 V pour R2. La bonne valeur est :
- A. −11,1 V
- B. 11,1 V
- C. −4,9 V
- D. 4,9 V
Réponse
D. 4,9 V — En convention récepteur, les flèches de R1 et R2 sont opposées à celle du générateur : 8,0 = 3,1 + U2, donc U2 = 4,9 V. L’élève a ignoré le sens des flèches.
La courbe d’étalonnage d’un capteur a été établie entre 0 °C et 50 °C. Une mesure donne une résistance hors du tableau, du côté des températures supérieures à 50 °C. On peut…
- A. prolonger la courbe par une droite sans risque
- B. seulement dire que θ dépasse 50 °C
- C. affirmer que le capteur est défaillant
- D. remplacer la courbe par la loi d’Ohm
Réponse
B. seulement dire que θ dépasse 50 °C — Une courbe d’étalonnage n’est valable que sur son domaine : hors de celui-ci, on sait seulement de quel côté on se trouve. Pour une valeur, il faut étendre l’étalonnage.
Dans un circuit en série, on permute la lampe et le conducteur ohmique. L’intensité mesurée…
- A. augmente
- B. diminue
- C. dépend du sens du courant
- D. reste la même
Réponse
D. reste la même — Dans un circuit en série, l’ordre des dipôles n’a aucune importance : même maille, mêmes dipôles, même intensité.
Deux conducteurs ohmiques R1 = 240 Ω et R2 = 720 Ω sont en dérivation. Quelle branche est parcourue par le courant le plus intense ?
- A. Celle de R2, trois fois plus
- B. Aucune : même intensité
- C. Celle de R1, trois fois plus
- D. Celle de R1, quatre fois plus
Réponse
C. Celle de R1, trois fois plus — Même tension U pour les deux : I1 = U ÷ 240 et I2 = U ÷ 720, donc I1 = 3 × I2. Le courant passe davantage par la branche de plus faible résistance.
Une photorésistance est en série avec un conducteur ohmique ; une carte mesure la tension aux bornes du conducteur. Quand l’éclairement augmente, cette tension…
- A. augmente, car la résistance de la LDR diminue
- B. diminue, car la résistance de la LDR diminue
- C. augmente, car la résistance de la LDR augmente
- D. ne change pas, la tension d’alimentation est fixe
Réponse
A. augmente, car la résistance de la LDR diminue — Plus de lumière : la résistance de la LDR diminue, l’intensité I = U0 ÷ (R + R_LDR) augmente, donc la tension R × I aux bornes du conducteur augmente.
La caractéristique d’un dipôle est la droite U = 1,5 + 20 × I (U en V, I en A). Ce dipôle…
- A. est ohmique, de résistance 20 Ω
- B. est ohmique, de résistance 1,5 Ω
- C. n’est pas ohmique : U et I ne sont pas proportionnelles
- D. est ohmique, car sa caractéristique est une droite
Réponse
C. n’est pas ohmique : U et I ne sont pas proportionnelles — La droite ne passe pas par l’origine (U = 1,5 V pour I = 0) : U et I ne sont pas proportionnelles, le dipôle n’est pas ohmique. Une droite ne suffit pas.
On écrit la loi des mailles en parcourant la maille dans un sens choisi. Une tension fléchée en sens inverse du parcours…
- A. compte avec le signe −, de l’autre côté de l’égalité
- B. s’ajoute comme les tensions fléchées dans le sens du parcours
- C. ne compte pas, car elle va dans le mauvais sens
- D. doit être fléchée à nouveau dans le sens du parcours
Réponse
A. compte avec le signe −, de l’autre côté de l’égalité — La somme des tensions fléchées dans le sens du parcours égale la somme de celles fléchées en sens inverse : une tension à contresens passe de l’autre côté de l’égalité, ou compte avec un signe − dans la somme algébrique nulle.
Un générateur de 12 V alimente en série deux conducteurs ohmiques de 100 Ω et 300 Ω. La tension aux bornes du second vaut :
- A. 3,0 V
- B. 6,0 V
- C. 12 V
- D. 9,0 V
Réponse
D. 9,0 V — I = 12 ÷ (100 + 300) = 0,030 A, puis U2 = 300 × 0,030 = 9,0 V : la tension se partage en proportion des résistances, le plus résistant en prend le plus.
Un générateur maintient 6,0 V aux bornes de deux branches en dérivation. On remplace le conducteur ohmique de la première par un autre deux fois moins résistant. L’intensité dans la seconde branche…
- A. double
- B. ne change pas
- C. est divisée par deux
- D. devient nulle
Réponse
B. ne change pas — La seconde branche reste soumise aux 6,0 V du générateur et garde la même résistance : son intensité ne change pas. Seules l’intensité de la première branche et celle de la branche principale augmentent.
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