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Physique-Chimie 3e

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Dossier Brevet
Thème 1 : Organisation et transformations de la matière
Ch. 1
De l'Univers aux atomes
Ch. 2
Les ions dans notre quotidien
Ch. 3
Quand les acides et les bases réagissent
Ch. 4
La masse volumique
Thème 2 : Mouvement et interactions
Ch. 5
Vitesse et mouvement
Ch. 6
Les forces
Ch. 7
Le poids
Thème 3 : L'énergie et ses conversions
Ch. 8
La conservation de l'énergie
Ch. 9
Résistance et loi d'Ohm
Résistance et loi d'Ohm
Ouverturep. 190-191
Les matériaux conducteurs se comportent-ils tous de la même manière ?
Activité expérimentalep. 192
Valeur de la résistance d'un dipôle
Activité expérimentalep. 193
L'intensité, la tension et la résistance sont-elles liées ?
Activité expérimentalep. 194
Une autre facette de la résistance
Tâche complexep. 195
Bilan
Bilanp. 196-197
Exercices
Exercicesp. 198-204
Accompagnement personnalisé
APp. 205
La Physique-Chimie autrement
Travailler autrementp. 206-207
Fiches de révision - Exclusivité numérique
Fiches de révision - Exclusivité numérique
Exercices de révision - Exclusivité numérique
Exercices de révision - Exclusivité numérique
Ch. 10
Puissance et énergie en électricité
Thème 4 : Des signaux pour observer et communiquer
Ch. 11
Des signaux au-delà de la perception humaine
Chapitre 9

Exercices

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Je me teste

Je sais

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1
Si on ajoute un résistor dans un circuit électrique, les lampes :




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2
L'unité de mesure de la résistance électrique est :




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3
La résistance électrique d'un matériau isolant est :



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4
La loi d'Ohm s'écrit :





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5
Qui suis-je ?

1. Je suis l'unité de mesure de la résistance.
2. Je suis le coefficient de proportionnalité qui relie l'intensité et la tension aux bornes d'un résistor.
3. Je suis transférée lors du passage d'un courant électrique dans un conducteur.
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6
On peut reformuler la loi d'Ohm sous la formule :




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7
Le transfert d'énergie thermique vers l'environnement depuis un conducteur ohmique traversé par du courant s'appelle :




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Je sais faire

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8
Pour mesurer la résistance électrique, on utilise :




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9
Quel schéma permet d'effectuer la mesure de la résistance avec un ohmmètre ?






Placeholder pour Schéma: 4 méthodes de mesure de résistance électrique avec ohmmètre.Schéma: 4 méthodes de mesure de résistance électrique avec ohmmètre.
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10
Pour mesurer la résistance électrique avec un multimètre, on utilise :




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11
Quel schéma démontre la relation entre l'intensité et la tension aux bornes d'une résistor ?






Placeholder pour Schéma: 4 circuits électriques simples. Chaque circuit inclut une batterie, une résistance, un voltmètre (V) et un ampèremètre (A), placés différemment pour mesurer intensité et tension.Schéma: 4 circuits électriques simples. Chaque circuit inclut une batterie, une résistance, un voltmètre (V) et un ampèremètre (A), placés différemment pour mesurer intensité et tension.
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Exercice corrigé

Compétence : Pratiquer le calcul numérique et le calcul littéral.
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12
J'applique la loi d'Ohm.

Un dipôle ohmique de résistance 1,2 kΩ est traversé par un courant d'intensité 0,02 A.

1. Écris la loi à laquelle obéit un dipôle ohmique. Précise les unités de mesure de chaque grandeur.
2. Calcule la tension aux bornes du dipôle ohmique présenté précédemment.
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Étapes de la méthode
  • Lorsqu'on écrit une relation entre des grandeurs, il faut toujours préciser les unités de mesure utilisées.
  • Vérifier que les unités des données de la question sont les bonnes (ici R en Ω et I en A). Si ce n'est pas le cas, il faut faire les conversions nécessaires.
  • Remplacer les symboles des grandeurs physiques par leur valeur.
  • Faire l'application numérique et préciser l'unité de mesure du résultat.
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Corrigé
1.Un dipôle ohmique obéit à la loi d'Ohm : U = R × I avec : U en V, R en Ω et I en A.
2.On nous donne : R = 1,2 kΩ et I = 0,02 A.
On sait qu'un dipôle ohmique obéit à la loi d'Ohm : U = R × I. Avant de faire l'application numérique, il faut convertir R en Ω :
MΩ  kΩhΩdaΩΩ
   1200

R = 1,2 kΩ = 1 200 Ω.
Donc : U = R × I
U = 1 200 × 0,02
U = 24 V

La tension aux bornes de ce dipôle ohmique est donc égale à 24 V.
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Exercice similaire

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13
J'applique la loi d'Ohm.

Un dipôle ohmique de résistance 100 Ω est traversé par un courant d'intensité 120 mA.

1. Calcule la tension aux bornes de ce dipôle ohmique.
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Je m'entraine

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14
Une veilleuse maison.

Compétence
Produire et transformer des tableaux ou des documents graphiques
La lampe torche de Sonia est alimentée avec une petite batterie de 6 V. Elle souhaite transformer cette lampe en une veilleuse éclairant plus faiblement.

1. Quel dipôle doit-elle ajouter dans le circuit électrique de sa lampe ?
2. Schématise le circuit électrique de cette veilleuse.
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15
L'effet Joule… Bon ou mauvais ?

Un appareil électrique en fonctionnement a tendance à chauffer. Ceci est dû à l'effet Joule. Dans certains cas ce phénomène est très utile, mais dans d'autres non.

1. Cite quatre appareils utilisant l'effet Joule.
2. Cite quatre appareils pour lesquels l'effet Joule est au contraire nuisible.
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16
Qui est le plus fort ?

Voici les valeurs des résistances de cinq résistors différents :
R1 = 0,22 kΩ
R2 = 47 Ω
R3 = 68 kΩ
R4 = 0,1 kΩ
R5 = 1,2 MΩ

1. Classe les valeurs de ces résistances dans l'ordre croissant.
2. Quel sera le résistor le plus conducteur ?
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17
Qui est la plus résistante ?

Compétence
Interpréter des résultats
Dans le circuit suivant, les deux lampes L1 et L2 sont identiques.

1. Pourquoi les deux lampes ne brillent-elles pas de la même manière ?
2. Quel est le résistor qui a la résistance la plus élevée ? Justifie ta réponse.
Placeholder pour Schéma électrique : deux ampoules et deux résistances connectées à une source d'alimentation.Schéma électrique : deux ampoules et deux résistances connectées à une source d'alimentation.
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18
Vérifier expérimentalement la loi d'Ohm.

Jonathan doit vérifier expérimentalement qu'un résistor obéit à la loi d'Ohm. Il propose l'expérience suivante :

Placeholder pour Illustration : circuit électrique simple avec résistance, batterie et multimètres pour expérience loi d'Ohm.Illustration : circuit électrique simple avec résistance, batterie et multimètres pour expérience loi d'Ohm.

1. L'expérience de Jonathan est-elle correcte ? Si non, schématise l'expérience qu'il doit réaliser.
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19
Un dipôle ohmique ?

1. Parmi les graphiques suivants, quel est celui qui représente la caractéristique d'un dipôle ohmique ? Justifie ta réponse.
Placeholder pour Graphique: quatre courbes tension-courant. (a) décroissante, (b) exponentielle croissante, (c) linéaire croissante, (d) linéaire croissante puis plateau.Graphique: quatre courbes tension-courant. (a) décroissante, (b) exponentielle croissante, (c) linéaire croissante, (d) linéaire croissante puis plateau.
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20
Exploitation de la caractéristique d'un dipôle.

Compétence
Comprendre et interpréter des tableaux ou des documents graphiques
Pierre a tracé le graphique caractéristique d'un résistor.

Placeholder pour Graphique linéaire: caractéristique d'un résistor. Intensité (mA) ; tension (V).Graphique linéaire: caractéristique d'un résistor. Intensité (mA) ; tension (V).
1. Quelle est la tension aux bornes du résistor lorsque celui-ci est traversé par un courant d'intensité 60 mA ?
 2. Quelle est l'intensité du courant dans le résistor si la tension à ses bornes est égale à 5 V ?
 3. Calcule la valeur de la résistance de ce résistor.
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21
La bouilloire électrique.

Compétence
Pratiquer le calcul numérique et le calcul littéral
Pour faire fonctionner une bouilloire électrique, il faut la brancher sur le secteur (U = 230 V). Sa résistance R est de 20 Ω.

1. Calcule l'intensité en A du courant qui traverse la résistance de cette bouilloire lorsqu'elle est en fonctionnement.
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Une notion, trois exercices
Différenciation

Compétence : Pratiquer le calcul numérique et le calcul littéral.
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22-A
Utilisation des lois des circuits électriques. Une lampe et un résistor en série.

Lou réalise le circuit suivant en utilisant un résistor de résistance 100 Ω. À l'aide d'un voltmètre, elle mesure la tension aux bornes du générateur (UG) ainsi que la tension aux bornes de la lampe (UL).

Placeholder pour Schéma électrique simple : générateur 9V, lampe 6V et résistance 100Ω.Schéma électrique simple : générateur 9V, lampe 6V et résistance 100Ω.

1. Comment sont branchés la lampe et le résistor ?
 2. Utilise la loi des tensions.
a. Que peux-tu dire des tensions UG, UL et UR ?
b. Calcule la tension aux bornes du résistor (UR).
 3. Utilise la loi d'Ohm pour un résistor.
a. Écris la loi d'Ohm pour un résistor. IR désigne l'intensité du courant traversant le résistor.
b. Calcule l'intensité du courant traversant le résistor (IR).
 4. Utilise la loi de l'intensité.
a. Que peux-tu dire des intensités traversant la lampe (IL) et le résistor (IR) ?
b. Déduis-en la valeur de l'intensité traversant la lampe (IL).
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22-B
Utilisation des lois des circuits électriques. Une diode et un résistor en série.

Lorenzo réalise le circuit suivant en utilisant un résistor de résistance 50 Ω. À l'aide d'un voltmètre, il mesure la tension aux bornes du générateur (UG) ainsi que la tension aux bornes de la DEL (UDEL).

Placeholder pour Schéma électrique : circuit simple avec DEL, résistance et générateur 12V alimentant une DEL 3V.Schéma électrique : circuit simple avec DEL, résistance et générateur 12V alimentant une DEL 3V.

1. Comment sont branchés la DEL et le résistor ?
2. Calcule la tension aux bornes du résistor (UR).
3. Calcule l'intensité du courant traversant la résistance (IR).
4. Quelle est l'intensité du courant traversant la DEL ?
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22-C
Utilisation des lois des circuits électriques. Un moteur et un résistor en série.

Lucie réalise le circuit suivant en utilisant un résistor de résistance 30 Ω. À l'aide d'un voltmètre, elle mesure la tension aux bornes du générateur (UG) ainsi que la tension aux bornes du moteur (UM).

Placeholder pour Schéma électrique simple : circuit avec générateur 6V et résistance 1,5V.Schéma électrique simple : circuit avec générateur 6V et résistance 1,5V.
1. Calcule l'intensité du courant circulant dans le moteur.
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J'approfondis

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23
Le code des résistors.

Généralement, les résistors utilisés dans les circuits électroniques ont des anneaux de couleur. Ces anneaux permettent de déterminer la valeur de la résistance grâce au code ci-après :

Placeholder pour Schéma code couleur résistances électroniques: illustration résistance, anneaux colorés indiquant valeur ohm, précision (argent/or).Schéma code couleur résistances électroniques: illustration résistance, anneaux colorés indiquant valeur ohm, précision (argent/or).

1. En utilisant le code présenté, détermine la valeur de la résistance des résistors R1, R2 et R3.
Placeholder pour <stamp theme='pc-green1'>Doc. 2</stamp> Trois résistors.<stamp theme='pc-green1'>Doc. 2</stamp> Trois résistors.
 2. En utilisant le code, détermine les couleurs des anneaux des trois résistors suivants : R4 = 120 Ω, R5 = 5,6 kΩ, R6 = 470 Ω.
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24
Théorie vs expérience !

Compétence
Utiliser l'outil informatique pour acquérir et traiter des données, simuler des phénomènes
Afin de déterminer expérimentalement la résistance de ce résistor, Hugo a réalisé une série de mesures répertoriées dans le tableau suivant :
Placeholder pour Illustration : résistance électronique avec code couleur.Illustration : résistance électronique avec code couleur.

U (V)I (A)
00
30,06
4,50,10
60,13
7,50,16
90,19
120,25

1. Schématise le circuit électrique qui a permis à Hugo d'obtenir ce tableau de mesures.
2. En utilisant le tableur, trace la caractéristique de ce résistor.
3. Décris le graphique obtenu. Qu'en déduis-tu ?
4. En utilisant le graphique, calcule la résistance de ce résistor.
5. En utilisant le code des couleurs (exercice précédent), détermine la résistance de ce résistor. Que remarques-tu ? As-tu une explication ?
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25
Étrange...

Compétence
Conclure, valider ou non l'hypothèse
Yann et Léo ont partagé une mine de critérium afin de reproduire une expérience réalisée en classe. Mais en observant celle-ci, le résultat obtenu les interpelle...

Placeholder pour Illustration: circuits électriques. Deux schémas montrent une pile, des fils et une ampoule allumée. Expériences de Yann et Léo.Illustration: circuits électriques. Deux schémas montrent une pile, des fils et une ampoule allumée. Expériences de Yann et Léo.

1. Yann et Léo ont utilisé des piles et des ampoules identiques.
a. Qu'est-ce qui parait étrange dans le résultat qu'ils obtiennent ?
b. Propose une hypothèse pour expliquer ce problème.
2. Léo trouve l'information suivante dans un livre de sciences : « La résistance d'un fil conducteur est donnée par la relation : R = \rho \times \dfrac{\text{L}}{\text{S}} avec :
  • R, résistance en Ω ;
  • ρ, résistivité du matériau en Ωm ;
  • L, longueur du fil conducteur en m ;
  • S, section du fil conducteur en m2 ».
Placeholder pour Schéma : cylindre soumis à une force longitudinale (L) et une force de cisaillement (S).Schéma : cylindre soumis à une force longitudinale (L) et une force de cisaillement (S).

a. Cette information te permet-elle de valider ton hypothèse ?
b. Quel(s) autre(s) paramètre(s) influe(nt) sur la valeur de la résistance électrique ?
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26
Une résistance particulière.

Placeholder pour Expérience scientifique : mesure de la résistance électrique d'une lampe avec un multimètre. Trois étapes illustrées.Expérience scientifique : mesure de la résistance électrique d'une lampe avec un multimètre. Trois étapes illustrées.

Certains dispositifs électriques sont équipés de photorésistances. Pour comprendre le fonctionnement de ce dipôle, on réalise les expériences de l'image :

1. Qu'observes-tu dans cette série d'expériences ?
2. Indique comment varie la résistance lorsque l'éclairement de la photorésistance diminue.
3. D'après toi, dans quel(s) dispositif(s) les photorésistances sont-elles utilisées ?
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27
Dégivrage.

Termine le dialogue suivant entre un père et son fils.

1. Thibault : « Dis papa, à quoi ça sert tous ces traits sur la vitre arrière ? » Son père : « Ce sont des petits fils conducteurs, en appuyant sur un bouton, je fais passer un courant à l'intérieur. Cela permet de faire fondre le givre sur la vitre arrière de ma voiture ! Je t'explique... »
Placeholder pour Dessin: père porte fils, montre voiture givrée.Dessin: père porte fils, montre voiture givrée.
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28
Un variateur de lumière.

Dans une installation domestique, les lampes sont toujours alimentées par la tension du secteur (230 V). Pour obtenir une lumière tamisée dans une pièce, on utilise un variateur de lumière, aussi appelé rhéostat.

1. À l'aide de tes connaissances, imagine le principe de fonctionnement d'un variateur de lumière.
2. Écris la définition d'un rhéostat en une seule phrase.
3. Voici le symbole d'une résistance variable.
Placeholder pour Schéma électrique : résistance variable, symbole électronique avec flèche indiquant une variation de résistance.Schéma électrique : résistance variable, symbole électronique avec flèche indiquant une variation de résistance.
Schématise le circuit électrique d'un éclairage avec un variateur de lumière.
4. Que permettrait de faire cette résistance variable si, à la place d'une lampe, on branchait un moteur ? Cite un appareil utilisant ce dispositif.
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29
Tableau des scores.

Lors des rencontres sportives, des panneaux lumineux indiquent le score et le temps de match écoulé. Ces panneaux fonctionnent avec des DEL. Celles-ci sont de plus en plus utilisées car elles sont très performantes pour convertir l'énergie électrique en l'énergie lumineuse. Elles ont également une meilleure durée de vie à condition que le courant qui les traverse ne soit pas trop élevé. C'est pourquoi on associe à chaque DEL un résistor en série permettant de la protéger.

1. Schématise un circuit électrique comprenant un générateur, une DEL et un résistor branchés en série.
2. La tension délivrée par le générateur est UG = 6 V et la tension aux bornes de la DEL est UDEL = 2 V. L'intensité maximale supportée par la DEL est de 20 mA.
a. Calcule la tension aux bornes du résistor UR.
b. Calcule la valeur de la résistance à utiliser pour protéger correctement la DEL.
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Je résous un problème

Compétence : Mettre en œuvre un raisonnement logique simple pour résoudre un problème.
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La résistance de l'appareil à raclette de Martin ne fonctionne plus ! Dans son garage, il trouve deux résistances qui pourraient peut-être convenir pour la remplacer. Aide Martin à choisir la résistance la plus appropriée.
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Doc. 1
Mesure à l'ohmmètre des deux résistances trouvées par Martin.

Placeholder pour Illustration : mesure de la résistance de deux composants électroniques avec un ohmmètre. Les valeurs mesurées sont de 64,5 ohms et 38,1 ohms.Illustration : mesure de la résistance de deux composants électroniques avec un ohmmètre. Les valeurs mesurées sont de 64,5 ohms et 38,1 ohms.
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Doc. 2
Descriptif technique de l'appareil à raclette de Martin.

Appareil à raclette - Descriptif technique :
  • 6 à 8 personne.
  • Longueur : 53 cm.
  • Largeur : 25,5 cm.
  • Hauteur : 24 cm.
  • Poids : 3,760 kg.
  • Puissance : 900 W.
  • Tension : 230 V.
  • Fusible de sécurité : 4 A.
  • Certificat CE, ROHS.
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Exercices supplémentaires

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30
Comprendre le fusible.

Léo s'est fait contrôler par la gendarmerie. Les gendarmes ont constaté que le feu arrière de son scooter ne fonctionnait plus.En rentrant chez lui, il teste l'ampoule et s'aperçoit qu'elle fonctionne toujours. Il vérifie alors le système de protection du circuit électrique, il peut lire sur le fusible du système d'éclairage l'indication 10 A.

1. Que signifie l'indication 10 A inscrite sur le fusible ?
2. Explique ce qu'il s'est passé et pourquoi l'éclairage ne fonctionne plus.
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31
Bien choisir un fusible...

Une batterie de voiture (12 V) permet d'alimenter le circuit électrique constitué en partie :
  • des deux phares avant (5 A chacun) ;
  • des deux feux arrières (3 A chacun) ;
  • des deux moteurs commandant les deux vitres électriques avant ;
  • du système de dégivrage arrière.
1. Propose un schéma du circuit électrique de cette voiture.
2. Que se passerait-il si un court-circuit se produisait au niveau d'un des moteurs commandant une vitre électrique ?
3. Quel système pourrait-on utiliser pour éviter ce genre de problèmes en cas de court-circuit ?
4. Le matériau qui constitue le système de dégivrage se dégrade au delà d'une intensité de 35 A.Quel fusible doit-on utiliser pour protéger le système de dégivrage ?







5. Quel fusible choisir pour protéger le système d'éclairage des deux phares avant ?





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32
Les dangers du courant électrique.

Le danger d'électrocution est lié à l'intensité du courant qui traverse le corps humain :
  • en dessous de 10 mA, le courant peut être perçu mais il est sans danger ;
  • à partir de 10 mA, les muscles se contractent (tétanisation) : on parle d'électrisation ;
  • à partir de 20 mA, les muscles respiratoires se contractent et les battements du coeur deviennent irréguliers : il y a risque d'électrocution ;
  • au delà de 100 mA, l'arrêt cardiaque se produit : il y a électrocution.
Une personne qui reste trop longtemps en contact avec une source électrique risque l'électrocution. Le courant doit être coupé par une tierce personne sans toucher à l'individu accidenté.Le risque électrique est également lié à la résistance du corps humain. Celle-ci peut varier entre 500 Ω et 5 kΩ, en fonction de l'individu, de l'état de la peau.

1. À partir de quelle intensité ressent-on les effets du courant électrique ?
2. Pour une personne dont la résistance est 2 kΩ, à partir de quelle tension y-a-t-il risque d'électrocution ? Compare cette tension à la tension du secteur (230 V).
3. Que dois-tu faire si tu es en présence d'une personne électrisée ?
4. Recherche la signification du panneau signalétique représenté.
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Parcours de compétences

Compétence : Produire et transformer des tableaux ou des documents graphiques.
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Sonia réalise le montage électrique ci-contre et mesure l'intensité du courant traversant le résistor pour différentes valeurs de la tension entre ses bornes.

U (V)03,04,56,07,69,112,1
I (mA)013,220,227,033,940,654,5
Placeholder pour Schéma électrique simple : générateur, diode et résistance.Schéma électrique simple : générateur, diode et résistance.

1. Représente graphiquement l'évolution de la tension du résistor en fonction de l'intensité.
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Niveau 1
Je complète une représentation qui m'est proposée.
Coup de pouce
Recopie le schéma en y ajoutant les appareils de mesure nécessaires.
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Niveau 2
Je respecte les consignes pour produire ou transformer une représentation.
Coup de pouce
Prépare le repère du graphique avec les échelles 1 cm pour 5 mA et 1 cm pour 1 V.
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Niveau 3
Je réutilise les règles apprises pour produire ou transformer des représentations.
Coup de pouce
Place les points issus du tableau dans le repère que tu as préparé.
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Niveau 4
Je produis ou je transforme parfaitement des représentations, en choisissant celles qui seront les plus adaptées.
Coup de pouce
Étant donné la disposition des points, faut-il tracer la courbe à la règle ou à main levée ?

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