7 fiches de cours magistraux : loi d'Ohm, masse volumique, énergie cinétique, puissance et énergie électriques, travail mécanique, acides et bases, optique et ondes.
7 exercices d'application corrigés, chacun bâti sur un piège réel de concours.
L'analyse dimensionnelle présentée comme outil d'élimination systématique.
1 récapitulatif de partie : formule, unité, contrôle.
Les fiches de cours
Chaque fiche : objectifs, cours, méthode, exercice corrigé, à retenir, piège et mnémotechnique.
2.1 Loi d'Ohm
Objectifs — Appliquer la loi d'Ohm, distinguer résistance et résistance interne, et résoudre un circuit série simple.
L'essentiel du cours
Loi d'Ohm. Aux bornes d'un conducteur ohmique : U = R × I, avec U en volts, R en ohms et I en ampères. On en déduit I = U/R et R = U/I.
Loi de Pouillet. Dans un circuit série comportant un générateur de force électromotrice E et de résistance interne r alimentant une résistance R : I = E/(R+r). La résistance interne ne se néglige jamais.
Résistances en série. Elles s'additionnent : Réq = R₁+R₂+… L'intensité est la même en tout point du circuit.
Résistances en dérivation. Les inverses s'additionnent : 1/Réq = 1/R₁+1/R₂. La tension est la même aux bornes de chaque branche.
Loi des mailles. La somme des tensions le long d'une maille fermée est nulle, en respectant les orientations.
Méthode de travail — Écrire d'abord la résistance totale du circuit, puis appliquer la loi. Vérifier ensuite la cohérence des unités.
Exercice d'application
Un générateur de force électromotrice E = 12 V et de résistance interne r = 2 Ω alimente une résistance R = 4 Ω. L'intensité vaut :
A.3 A
B.6 A
C.2 A
D.0,5 A
Afficher le corrigé raisonné
Bonne réponse : C
I = E/(R+r) = 12/(4+2) = 2 A. L'option A oublie la résistance interne, l'option B ne retient que la résistance interne, l'option D inverse le rapport.
✅
À retenir
En circuit série, toutes les résistances s'additionnent, y compris celle du générateur.
⚠️
Piège à éviter
Négliger r : c'est l'erreur volontairement induite par la plupart des énoncés de concours.
Mnémotechnique
« URI » : U = R × I, dans l'ordre des lettres.
2.2 Masse volumique
Objectifs — Calculer une masse volumique, une masse ou un volume, et convertir entre unités usuelles.
L'essentiel du cours
Définition. ρ = m/V, en kilogrammes par mètre cube (kg/m³) ou en grammes par centimètre cube (g/cm³). L'unité elle-même donne la formule : « kilogrammes par mètre cube », et « par » signifie division.
Formules dérivées. m = ρ × V et V = m/ρ.
Conversion. 1 g/cm³ = 1 000 kg/m³. La masse volumique de l'eau vaut 1 000 kg/m³, repère à connaître par cœur.
Flottaison. Un corps de masse volumique inférieure à celle du liquide flotte ; un corps plus dense coule.
Volume massique. C'est l'inverse de la masse volumique : V/m. Grandeur réelle, souvent placée comme distracteur.
Méthode de travail — Passer systématiquement par les unités : elles départagent à elles seules la majorité des options.
Exercice d'application
Un corps de masse volumique 500 kg/m³ occupe 6 m³. Sa masse est :
A.3 000 kg
B.83 kg
C.506 kg
D.300 kg
Afficher le corrigé raisonné
Bonne réponse : A
m = ρ × V = 500 × 6 = 3 000 kg. L'option B correspond à V/ρ inversé, l'option C à une addition dépourvue de sens physique.
✅
À retenir
ρ = m/V, donc m = ρ V et V = m/ρ.
⚠️
Piège à éviter
Additionner masse et volume : deux grandeurs de natures différentes ne s'additionnent jamais.
Mnémotechnique
« Masse sur Volume, dans l'ordre des mots ».
2.3 Énergie cinétique
Objectifs — Calculer une énergie cinétique, comprendre l'effet du doublement de la vitesse et relier énergie et travail.
L'essentiel du cours
Formule. Ec = ½ m v², avec m en kilogrammes, v en mètres par seconde et Ec en joules.
Dépendance quadratique. L'énergie cinétique varie avec le carré de la vitesse : doubler la vitesse quadruple l'énergie cinétique. C'est le fondement physique des limitations de vitesse.
Énergie potentielle de pesanteur. Eₚₚ = m g h, avec g ≈ 9,8 N/kg. Elle dépend de l'altitude, non de la vitesse.
Énergie mécanique. Eₘ = Ec+Eₚₚ. En l'absence de frottements, elle se conserve : ce qui est perdu en altitude est gagné en vitesse.
Théorème de l'énergie cinétique. La variation d'énergie cinétique d'un corps est égale à la somme des travaux des forces appliquées.
Méthode de travail — Convertir toutes les vitesses en mètres par seconde avant tout calcul : 36 km/h = 10 m/s.
Exercice d'application
Un corps de masse 4 kg se déplace à 3 m/s. Son énergie cinétique vaut :
A.12 J
B.18 J
C.36 J
D.6 J
Afficher le corrigé raisonné
Bonne réponse : B
Ec = ½ × 4 × 3² = ½ × 4 × 9 = 18 J. L'option A correspond à m × v sans élévation au carré ni facteur ½, l'option C oublie le facteur ½.
✅
À retenir
Ec = ½ m v² : doubler la vitesse multiplie l'énergie par quatre.
⚠️
Piège à éviter
Oublier d'élever la vitesse au carré, ou omettre le facteur ½.
Mnémotechnique
« Demi-masse-vitesse-carré », dans cet ordre exact.
2.4 Puissance et énergie électriques
Objectifs — Calculer une puissance électrique, une énergie consommée et convertir en kilowattheures.
L'essentiel du cours
Puissance électrique. P = U × I, en watts. Pour un conducteur ohmique, on a aussi P = R I² = U²/R.
Énergie électrique. E = P × t, en joules si t est en secondes. Ainsi E = U × I × t.
Kilowattheure. Unité commerciale de l'énergie : 1 kWh = 1 000 W pendant 1 heure = 3,6 × 10⁶ J. C'est l'unité de facturation.
Effet Joule. Toute résistance parcourue par un courant dissipe de l'énergie sous forme de chaleur : E = R I² t.
Rendement. η = énergie utile ÷ énergie absorbée, toujours inférieur à 1.
Méthode de travail — Repérer si l'énoncé demande une puissance (instantanée) ou une énergie (cumulée sur une durée) : c'est la distinction décisive.
Exercice d'application
Un récepteur fonctionne sous 6 V avec une intensité de 4 A. Sa puissance est :
A.10 W
B.1,5 W
C.24 W
D.2 W
Afficher le corrigé raisonné
Bonne réponse : C
P = U × I = 6 × 4 = 24 W. L'option A additionne les deux grandeurs, l'option B les divise, l'option D correspond à un rapport inversé.
✅
À retenir
P = U × I ; E = P × t ; 1 kWh = 3,6 × 10⁶ J.
⚠️
Piège à éviter
Confondre puissance et énergie : la première ne dépend pas de la durée, la seconde en dépend directement.
Mnémotechnique
« PUI » : P = U × I.
2.5 Travail mécanique
Objectifs — Calculer le travail d'une force constante, en déterminer le signe et le relier à la puissance.
L'essentiel du cours
Formule. W = F × d × cosα, où α est l'angle entre la force et le déplacement. Le travail s'exprime en joules.
Cas particuliers. Si la force est colinéaire au déplacement (α = 0^(c)irc), W = F × d. Si elle lui est perpendiculaire (α = 90^(c)irc), le travail est nul.
Signe du travail. Travail moteur si la force favorise le déplacement (W>0) ; travail résistant si elle s'y oppose (W<0), comme les frottements.
Travail du poids. W = m g h, positif à la descente, négatif à la montée. Il ne dépend pas du chemin suivi, seulement de la dénivellation.
Puissance moyenne. P = W/t, en watts.
Méthode de travail — Repérer d'abord l'angle entre force et déplacement : il détermine à lui seul le signe et la valeur du travail.
Exercice d'application
Une force de 20 N déplace un objet de 5 m dans sa direction. Le travail vaut :
A.4 J
B.25 J
C.100 J
D.0 J
Afficher le corrigé raisonné
Bonne réponse : C
La force étant colinéaire au déplacement, W = F × d = 20 × 5 = 100 J. L'option A divise, l'option B additionne, l'option D correspondrait à une force perpendiculaire.
✅
À retenir
Une force perpendiculaire au déplacement ne travaille pas.
⚠️
Piège à éviter
Oublier le cosinus lorsque l'énoncé précise un angle : le travail n'est alors pas le simple produit F × d.
Mnémotechnique
« Force fois Distance fois Cosinus », dans cet ordre.
2.6 Acides et bases
Objectifs — Interpréter une valeur de pH, distinguer solution acide, neutre et basique, et connaître l'effet d'une dilution.
L'essentiel du cours
Échelle de pH. Elle s'étend de 0 à 14. À 25 ^(c)ircC : pH <7 solution acide, pH = 7 solution neutre, pH >7 solution basique.
Échelle logarithmique. Une unité de pH correspond à un facteur 10 sur la concentration en ions H⁺. Une solution de pH 3 est dix fois plus acide qu'une solution de pH 4.
Effet de la dilution. Diluer une solution acide fait augmenter son pH, qui se rapproche de 7 sans jamais le dépasser. Diluer une base fait diminuer son pH.
Ions caractéristiques. L'acidité est due aux ions hydrogène H⁺ (ou hydronium H₃O⁺), la basicité aux ions hydroxyde HO⁻.
Neutralisation. La réaction entre un acide et une base produit de l'eau et un sel ; le pH tend vers 7 à l'équivalence pour un acide fort et une base forte.
Méthode de travail — Situer d'abord la valeur par rapport à 7, puis raisonner sur le facteur 10 par unité.
Exercice d'application
À 25 ^(c)ircC, une solution de pH 5 est :
A.Basique
B.Neutre
C.Acide
D.Impossible à classer
Afficher le corrigé raisonné
Bonne réponse : C
Le pH 5 est inférieur à 7 : la solution est acide. L'option A décrirait un pH supérieur à 7, l'option B exactement 7 ; l'option D est un distracteur d'esquive, écartable puisque le classement est immédiat.
Croire que diluer un acide le rend basique : le pH tend vers 7 sans jamais le franchir.
Mnémotechnique
« Sept, le point d'équilibre : en dessous ça pique, au-dessus ça glisse ».
2.7 Optique et ondes
Objectifs — Appliquer la relation des ondes, distinguer fréquence et période, et connaître les ordres de grandeur des vitesses.
L'essentiel du cours
Relation fondamentale. λ = v/f, où λ est la longueur d'onde en mètres, v la célérité en m/s et f la fréquence en hertz.
Période et fréquence. T = 1/f : la période est la durée d'un cycle, la fréquence le nombre de cycles par seconde.
Ordres de grandeur. Vitesse du son dans l'air : environ 340 m/s. Vitesse de la lumière dans le vide : 3 × 10⁸ m/s.
Contrôle dimensionnel. (m/s) ÷ (s⁻¹) = m : seul le rapport v/f produit une longueur, ce qui permet d'éliminer trois options sans calcul.
Réflexion et réfraction. À la réflexion, l'angle d'incidence égale l'angle de réflexion. À la réfraction, le rayon change de direction en changeant de milieu.
Méthode de travail — Vérifier les unités avant tout calcul : elles départagent immédiatement les distracteurs.
Exercice d'application
Si v = 340 m/s et f = 170 Hz, λ vaut :
A.510 m
B.170 m
C.0,5 m
D.2 m
Afficher le corrigé raisonné
Bonne réponse : D
λ = v/f = 340/170 = 2 m. L'option A additionne les deux grandeurs, l'option C inverse le rapport, l'option B reprend la fréquence en la présentant comme une longueur.
✅
À retenir
λ = v/f ; T = 1/f.
⚠️
Piège à éviter
Additionner une vitesse et une fréquence : l'opération est dimensionnellement impossible.
Mnémotechnique
« La Vague Fait la longueur » : λ = V/F.
Récapitulatif de la partie
Notion, réflexe décisif, piège principal : le tableau à relire avant l'épreuve.
Notion
Réflexe décisif
Piège principal
Loi d'Ohm / Pouillet
U = RI ; I = E/(R+r)
Négliger la résistance interne
Masse volumique
ρ = m/V, lire l'unité pour retrouver la formule
Confondre avec le volume massique
Énergie cinétique
Ec = ½ mv², dépendance au carré
Oublier le carré ou le facteur ½
Puissance électrique
P = UI ; E = Pt ; 1 kWh = 3,6·10⁶ J
Confondre puissance et énergie
Travail mécanique
W = Fdcosα ; nul si α = 90^(c)irc
Oublier le cosinus
Acides et bases
Situer par rapport à 7, facteur 10 par unité
Croire qu'une dilution franchit 7
Optique et ondes
λ = v/f, contrôle dimensionnel
Additionner vitesse et fréquence
Composez maintenant sur cette discipline
Une fiche travaillée, une épreuve composée.
Vous venez de travailler les fiches de Sciences physiques. Le réflexe qui fait progresser : composer immédiatement une épreuve sur ce thème, sans support et chronomètre lancé, puis revenir aux fiches pour chaque erreur commise.
Prépa Concours Directs & Pro — Examens blancs d'Élite
Poursuivez votre progression
Les 76 fiches du Tome I sont en accès libre. Enchaînez les disciplines à votre rythme.
