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Physique 4ᵉ

Ressources · 4ᵉ · Physique

Mouvement : référentiel, vitesse et chronophotographie

Référentiels terrestre, d’un véhicule, géocentrique et héliocentrique ; vitesse qui dépend du référentiel ; direction, sens et valeur de la vitesse ; calculs de vitesses sur une chronophotographie ; vitesse moyenne d’un trajet ; d = v × t et t = d ÷ v avec conversions d’unités.

À propos de cette page
Un devoir surveillé de physique 4e de 55 minutes, noté sur 20 en cinq exercices de 4 points avec corrigé : un TGV qui double un TER, les phases d’un tour de vélodrome, la chronophotographie d’une balle de golf, la vitesse moyenne d’un cycliste qui passe un col et le vol d’un hélicoptère de secours.
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Sujet et corrigé prêts à imprimer.

Devoir surveillé · ★★ et ★★★ · Durée 55 min · Noté sur 20
55:00
benprofparticulier.frPhysique · 4ᵉ

Devoir surveillé – Mouvement : référentiel, vitesse et chronophotographie

Durée : 55 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Physique 4ᵉ

Nom : Date : Note : / 20

Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.

Exercice 1 – Référentiels et vitesses ★★

(4 pts)

Maëlys est assise dans un TER arrêté en gare. Un TGV passe sur la voie voisine à 90 km/h. Plus tard, son TER roule à 120 km/h quand un TGV qui roule à 200 km/h le double sur la voie voisine.

  1. a)En gare, quelle est la vitesse du premier TGV dans le référentiel du TER ? Celle du TER dans le référentiel de ce TGV ?
  2. b)Pendant le dépassement, quelle est la vitesse du TGV dans le référentiel du TER ? Justifie.
  3. c)Pendant le dépassement, quelle est la vitesse de Maëlys dans le référentiel terrestre ? Dans le référentiel du TGV ?
  4. d)Le soir, Maëlys voit la Lune se lever : dans quel référentiel décrit-elle ce mouvement ? Quel référentiel faut-il choisir pour étudier la Lune qui tourne autour de la Terre ?

Exercice 2 – Direction, sens et valeur ★★

(4 pts)

Sur la piste d’un vélodrome, Lina démarre dans une ligne droite (sa vitesse passe de 0 à 36 km/h), prend un virage en demi-cercle à 36 km/h constants, puis freine dans la ligne droite d’arrivée jusqu’à l’arrêt.

  1. a)Pendant le démarrage, quelle caractéristique de la vitesse change ? Lesquelles restent les mêmes ?
  2. b)Dans le virage, le mouvement est-il uniforme ? La vitesse est-elle constante ? Justifie chaque réponse.
  3. c)Donne la nature du mouvement pendant le freinage.
  4. d)Le virage mesure 80 m. Combien de temps Lina met-elle pour le parcourir ?

Exercice 3 – Chronophotographie d’une balle de golf ★★★

(4 pts)

Une balle de golf roule en ligne droite sur le green. Une image est prise toutes les 0,2 s ; on lit ses positions sur la règle (en cm).020406080100120140160180200cmM0M1M2M3M4M5M6

  1. a)Quelle durée s’écoule entre M0 et M6 ?
  2. b)Calcule la vitesse de la balle entre M0 et M1, puis entre M5 et M6, en m/s.
  3. c)Déduis-en la nature du mouvement de la balle dans le référentiel du green.
  4. d)Calcule la vitesse moyenne de la balle entre M0 et M6.

Exercice 4 – La vitesse moyenne d’une étape ★★

(4 pts)

Pendant une étape, un cycliste monte un col de 18 km à 12 km/h de moyenne, puis redescend les 18 km de l’autre côté à 36 km/h de moyenne.

  1. a)Calcule la durée de la montée.
  2. b)Calcule la durée de la descente.
  3. c)Calcule la vitesse moyenne du cycliste sur toute l’étape.
  4. d)Son ami affirme : « la vitesse moyenne est (12 + 36) ÷ 2 = 24 km/h ». Explique son erreur.

Exercice 5 – L’hélicoptère de secours ★★★

(4 pts)

Un hélicoptère de secours décolle à 15 h 52 pour rejoindre un randonneur blessé à 27 km. Il vole en ligne droite à 216 km/h.

  1. a)Calcule la durée du vol en heures, puis en minutes et secondes.
  2. b)À quelle heure l’hélicoptère arrive-t-il auprès du randonneur ?
  3. c)Convertis sa vitesse en m/s, puis calcule la distance parcourue en 45 s.
  4. d)Le retour vers l’hôpital, à 36 km, dure 12 min. Calcule la vitesse moyenne du retour en km/h.

Bon courage !

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Voir le corrigé et le barème
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Corrigé et barème – Mouvement : référentiel, vitesse et chronophotographie

Durée : 55 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Physique 4ᵉ

Exercice 1 – Référentiels et vitesses ★★

(4 pts)
  1. a)90 km/h : le TER est immobile par rapport au sol. Dans le référentiel du TGV, le TER recule à 90 km/h. (1)
  2. b)Même sens : on fait la différence, 200 − 120 = 80 km/h vers l’avant. (1)
  3. c)120 km/h dans le référentiel terrestre ; dans le référentiel du TGV, elle recule à 80 km/h. (1)
  4. d)Dans le référentiel terrestre (depuis le sol) ; pour la Lune autour de la Terre, le référentiel géocentrique. (1)

Le point clé — une vitesse n’a de sens que dans un référentiel : entre deux véhicules sur une même droite, on ajoute les vitesses s’ils se croisent et on les soustrait quand l’un double l’autre.

Exercice 2 – Direction, sens et valeur ★★

(4 pts)
  1. a)La valeur augmente ; la direction (la ligne droite) et le sens restent les mêmes. (1)
  2. b)Uniforme : oui, la valeur reste 36 km/h. Vitesse constante : non, la direction change tout au long du virage. (1)
  3. c)Rectiligne ralenti : ligne droite et valeur qui diminue. (1)
  4. d)36 km/h = 36 ÷ 3,6 = 10 m/s ; t = 80 ÷ 10 = 8 s. (1)

Erreur fréquente — confondre « uniforme » (valeur constante) et « vitesse constante » (direction, sens et valeur constants).

Exercice 3 – Chronophotographie d’une balle de golf ★★★

(4 pts)
  1. a)6 intervalles : 6 × 0,2 = 1,2 s. (1)
  2. b)M0 → M1 : 40 cm en 0,2 s, soit 0,4 ÷ 0,2 = 2 m/s. M5 → M6 : 20 cm en 0,2 s, soit 0,2 ÷ 0,2 = 1 m/s. (1)
  3. c)Rectiligne ralenti : positions alignées et vitesse qui passe de 2 m/s à 1 m/s. (1)
  4. d)180 cm = 1,8 m en 1,2 s : 1,8 ÷ 1,2 = 1,5 m/s. (1)

Erreur fréquente — compter les 7 positions au lieu des 6 intervalles de temps.

Exercice 4 – La vitesse moyenne d’une étape ★★

(4 pts)
  1. a)t = 18 ÷ 12 = 1,5 h, soit 1 h 30 min. (1)
  2. b)t = 18 ÷ 36 = 0,5 h, soit 30 min. (1)
  3. c)36 km en 2 h : 36 ÷ 2 = 18 km/h. (1)
  4. d)Il fait la moyenne des vitesses, alors que le cycliste passe trois fois plus de temps à monter qu’à descendre : il faut diviser la distance totale par la durée totale. (1)

Le point clé — vitesse moyenne = distance totale ÷ durée totale, jamais la moyenne des vitesses des étapes.

Exercice 5 – L’hélicoptère de secours ★★★

(4 pts)
  1. a)t = 27 ÷ 216 = 0,125 h ; 0,125 × 60 = 7,5 min = 7 min 30 s. (1)
  2. b)15 h 52 min + 7 min 30 s = 15 h 59 min 30 s. (1)
  3. c)216 ÷ 3,6 = 60 m/s ; d = 60 × 45 = 2 700 m = 2,7 km. (1)
  4. d)12 min = 0,2 h : v = 36 ÷ 0,2 = 180 km/h. (1)

Erreur fréquente — lire 0,125 h comme « 12,5 min » : une durée en heures décimales se multiplie par 60.

Ce document est la propriété intellectuelle de Ben, professeur particulier (benprofparticulier.fr), protégée par le Code de la propriété intellectuelle (art. L. 111-1 et L. 122-4). Il est mis à disposition pour un usage personnel de révision. Toute reproduction, diffusion, mise en ligne ou revente, totale ou partielle, sans autorisation écrite est interdite et constitue une contrefaçon (art. L. 335-2).

Ce contrôle de physique 4ᵉ en bref

Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Mouvement : référentiel, vitesse et chronophotographie » : 5 exercices, 55 minutes, noté sur 20. Le sujet et le corrigé sont téléchargeables en PDF, prêts à imprimer, pour travailler comme en classe.

  • Exercice 1 — Référentiels et vitesses ★★/ 4 pts
  • Exercice 2 — Direction, sens et valeur ★★/ 4 pts
  • Exercice 3 — Chronophotographie d’une balle de golf ★★★/ 4 pts
  • Exercice 4 — La vitesse moyenne d’une étape ★★/ 4 pts
  • Exercice 5 — L’hélicoptère de secours ★★★/ 4 pts

Notions évaluées

Référentiel, référentiel terrestre, géocentrique, héliocentrique, référentiel d’un véhicule, vitesse dans deux référentiels ; direction, sens, valeur, vitesse constante, mouvement rectiligne uniforme, circulaire uniforme ; chronophotographie, intervalle de temps τ, images par seconde, échelle, vitesse entre deux positions ; vitesse moyenne, distance totale, durée totale, étapes, pause ; d = v × t, t = d ÷ v, heures décimales, m/s et km/h, distance de réaction.

Pour préparer ce contrôle

  1. Relire le cours et la fiche de révision.
  2. Refaire les exercices corrigés et les problèmes.
  3. Se tester avec le QCM (36 questions).
  4. Faire ce sujet en conditions réelles — 55 min, sans le cours — puis se corriger et noter les points à revoir.

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Questions fréquentes sur ce sujet
Combien de temps dure ce contrôle sur « Mouvement : référentiel, vitesse et chronophotographie » ?
55 minutes pour 5 exercices notés sur 20. Prévois le double si tu enchaînes avec la correction.
Le corrigé est-il fourni ?
Oui : le corrigé complet est fourni en PDF (bouton « Télécharger le corrigé »), avec le barème exercice par exercice.
Ce sujet peut-il servir de DS, de contrôle ou d'interrogation ?
Oui : c'est un devoir surveillé complet de 55 minutes. Pour une interrogation courte, garde un ou deux exercices ; pour un DS ou un contrôle de fin de chapitre, fais le sujet entier en temps limité.
Ce sujet suit-il le programme de physique de quatrième ?
Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « Mouvement : référentiel, vitesse et chronophotographie » du programme officiel de physique en quatrième, soit : relativité du mouvement et choix d’un référentiel (terrestre, d’un véhicule, géocentrique, héliocentrique) ; vitesse dans deux référentiels sur une même droite ; vitesse caractérisée par sa direction, son sens et sa valeur ; mouvements dont la vitesse varie en direction ou en valeur ; exploitation d’une chronophotographie (intervalles, échelle, vitesse entre deux positions) ; vitesse moyenne d’un trajet en plusieurs étapes ; relation entre vitesse, distance et durée d’un mouvement uniforme, d = v × t et t = d ÷ v ; unités cohérentes et conversions.
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