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. 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
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 5

Exercices

18 professeurs ont participé à cette page
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Je me teste

Je sais

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1
Connaissant la vitesse moyenne v d'un objet, et la distance d qu'il a parcourue, je peux calculer la durée t du parcours grâce à la relation :




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2
Rectiligne ou circulaire, uniforme ou non ?

1. La direction est obligatoirement constante.





2. La direction change au cours du mouvement.





3. Le sens est obligatoirement constant.





4. Le sens peut changer.





5. La valeur de la vitesse est obligatoirement constante.





6. La valeur de la vitesse peut changer.



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3
Une définition importante.

1. Rédige la définition d'un mouvement rectiligne uniforme en utilisant les mots ou groupes de mots suivants :

Notions à utiliser : direction - sens - constant - vitesse - ne varie pas.
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4
Complète la grille de mots-croisés.

Vertical :
1. Il y en a deux pour une direction.
2. Se dit d'un mouvement dont la vitesse ne varie pas.
3. Peut être verticale ou horizontale.
4. Se dit d'un mouvement dont la direction ne varie pas.

Horizontal :
5. Point de vue d'un observateur, à préciser lors de l'étude d'un mouvement.
Veuillez cliquer sur l'image et utiliser notre outil de dessin.

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Je sais faire

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5
Assis dans un train qui démarre :




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6
Si on lâche une balle d'une certaine hauteur :



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7
Si je cours avec une vitesse constante de 2,5 m/s sur une distance de 75 m, la durée de ma course est :






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Exercice corrigé

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Compétence : Pratiquer le calcul numérique et le calcul littéral.
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8
S'arrêter avant l'obstacle.

Un deux-roues roule à la vitesse constante de 90 km/h. Un obstacle apparait devant mais il met 0,5 s avant d'actionner le frein. On donne ci-contre la chronophotographie de son mouvement par rapport au référentiel terrestre.

1. Décris le plus précisément possible le mouvement du deux-roues durant la première phase en justifiant ta réponse.

2. Calcule la distance en mètres parcourue par le deux-roues durant la phase 1.

Placeholder pour Distance de réaction et distance de freinage.Distance de réaction et distance de freinage.
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Étapes de la méthode
  • Pour décrire un mouvement, il faut indiquer la direction, le sens. Si la direction ne change pas, alors le mouvement est rectiligne.
  • Il faut aussi préciser si la vitesse varie ou non. Si la vitesse est constante, le mouvement est uniforme. Les positions de l'objet sont alors régulièrement espacées sur une chronophotographie.
  • Si la distance entre les positions successives augmente ou diminue, le mouvement n'est pas uniforme.
  • Il faut repérer la grandeur dont la valeur doit être calculée et celles dont les valeurs sont données, puis en déduire la formule à utiliser à l'aide du triangle de la relation. Ici, on utilisera d = v × t.
  • On se rappelle que 1 km = 1 000 m et 1 h = 3 600 s.
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Corrigé
1. Le mouvement du deux-roues durant la phase est un mouvement rectiligne de direction horizontale, dont le sens est vers la droite et de vitesse constante car les positions successives sont régulièrement espacées. C'est donc un mouvement rectiligne uniforme.
2. Je connais la durée (0,5 s) et la vitesse (90 km/h). Pour connaitre la distance, j'utilise la formule : d = v × t, avec t en seconde et la distance d en m. Donc v doit être exprimée en m/s.
Convertissons 90 km/h en m/s :
  • 90 km/h, signifie que l'on parcourt 90 km en 1 h ;
  • soit 90 000 m en 1 h ;
  • ou encore 90 000 m en 3 600 s.
Ainsi en 1 s, on parcourt \dfrac{90 \:000}{3\:600} = 25 m donc 90 km/h = 25 m/s.
Je peux appliquer la formule : la distance est donc 25 × 0,5 soit 12,5 m.
La distance parcourue durant la phase 1 est de 12,5 m.
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Exercice similaire

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9
Quelle distance pour réagir ?

Un obstacle apparait sur la trajectoire d'un motard. Le conducteur a besoin de 0,7 seconde pour actionner les freins.

1. Décris le plus précisément possible le mouvement de la moto durant la phase 2.

2. Calcule la distance parcourue durant la phase 1 si le motard roule à 50 km/h.


Placeholder pour <stamp theme='pc-green1'>Doc. 2</stamp> Distance de réaction et distance de freinage.<stamp theme='pc-green1'>Doc. 2</stamp> Distance de réaction et distance de freinage.
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Je m'entraine

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10
Au centre commercial.

Compétence
Produire et transformer des tableaux ou des documents graphiques
Dans un centre commercial, l'escalator fait monter les clients au niveau supérieur. Amandine reste sur l'une des marches de l'escalator, alors que son petit frère s'amuse à descendre les marches de cet escalator. Au même moment, elle aperçoit sa mère qui les attend au niveau supérieur.

1. Complète le tableau suivant avec les termes « immobile » et « en mouvement ».

Personnage Amandine le petit frère d'Amandine la mère d'Amandine
Par rapport au sol
Par rapport à Amandine
Par rapport au petit frère d'Amandine
Par rapport à la mère d'Amandine
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11
Des records impressionnants.

Compétence
Présenter mon résultat avec l'unité adaptée

Le tableau ci-dessous présente les principaux records du monde d'athlétisme.

Athlète ou équipeDateDistanceTemps
Usain Bolt2009100 m9,58 s
Usain Bolt2009200 m19,19 s
Michael Johnson1999400 m43,18 s
Équipe de la Jamaïque2012relais 4 x 100 m36,84 s
Équipe de la Jamaïque2014relais 4 x 200 m1 min 18 s

1. Classe ces records par vitesse moyenne croissante.

2. Calcule en km/h la vitesse moyenne d'Usain Bolt lors de son record sur 100 m.
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12
Décrire un mouvement.

Compétence
Comprendre et interpréter des tableaux ou des documents graphiques

À partir des positions toutes les 10 secondes de trois élèves effectuant une course (voir l'image), complète les phrases suivantes.

1. Le mouvement de l'élève 1 de 0 à 50 s est un mouvement de direction
, de sens vers
 et dont la valeur de la vitesse est
.

2. Le mouvement de l'élève 2 de
 à
s est un mouvement de direction Ouest-Est, de sens vers l'Est et dont la valeur de la vitesse est constante.
Le mouvement de l'élève 2 entre
s et
s est un mouvement dont la direction change mais la valeur de la vitesse reste la même.
3. Le mouvement de l'élève 3 entre
 s et
 s est un mouvement de direction Ouest-Est, de sens vers l'Ouest et dont la valeur de la vitesse ne change pas.

Placeholder pour Positions des élèves.Positions des élèves.
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13
La vitesse de différents véhicules.

Le tableau ci-dessous donne les vitesses maximales de différents véhicules. Mais les valeurs de la colonne de gauche ne correspondent pas à celles de droite.

VéhiculeVitesse maximale
a. TGV1. 1 070 km/h
b. Fusée Ariane 52. 1 925 km/h
c. Avion de chasse Rafale3. 320 km/h
d. Avion de ligne Boeing 7474. 17,2 km/s

1. Associe chaque vitesse maximale au véhicule correspondant.
Véhicule Vitesse maximale
a. TGV
b. Fusée Ariane 5
c. Avion de chasse Rafale
d. Avion de ligne Boeing 747

2. Un véhicule est dit « supersonique » si sa vitesse dépasse la vitesse du son dans l'air. Quels véhicules peuvent être supersoniques ?
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14
Un record de vitesse.

Compétence
Pratiquer le calcul numérique et le calcul littéral
Lors d'un championnat du monde de course d'escargots en 2006, dans le comté de Congham au Royaume-Uni, le record du monde a été établi par l'un des participants : 2,75 mm/s.

1. Calcule les distances que cet escargot aurait parcourues en 20 min, puis en 1 h, s'il avait maintenu une vitesse constante.
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15
Hyperloop.

Hyperloop est un projet de recherche sur un nouveau mode de transport, en plus des bateaux, des avions, des voitures et des trains. Il s'agit d'un tube reliant deux villes qui permettrait à des capsules de voyager à 1 102 km/h en moyenne. Le tube serait vidé d'une partie de l'air pour diminuer les frottements.

1. Calcule la durée du trajet en hyperloop entre Paris et Lyon (480 km).

2. Compare cette durée à celle du trajet effectué par un avion sur la même distance (vitesse moyenne 885 km/h).
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Une notion, trois exercices
Différenciation

Compétence : Présenter mon résultat avec l'unité adaptée.
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16-A
Vous rouliez encore trop vite…

1. Donne la distance du trajet Paris-Rouen.

2. Rappelle la formule qui permet de calculer la durée d'un trajet en connaissant la distance du trajet et la vitesse v.

3. Calcule alors la durée en heures du trajet, connaissant la distance Paris-Rouen, pour une voiture roulant à 130 km/h.

4. Calcule la durée en heures du trajet Paris-Rouen pour un automobiliste roulant à 140 km/h.

5. Calcule l'écart entre les deux durées précédentes en heures.

6. Convertis cet écart en minutes.

7. Recommence ces six étapes pour le trajet Paris-Nancy.

8. Explique en quelques phrases pourquoi l'image ci-contre permet de sensibiliser les automobilistes quant à leur décision de rouler plus vite.


Placeholder pour Rouen - Paris - Nancy.Rouen - Paris - Nancy.
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16-B
Vous rouliez toujours trop vite…

1. Calcule la durée en heures des trajets Paris-Le Mans et Paris-Besançon pour un automobiliste roulant à 130 km/h.

2. Calcule la durée en heures, minutes et secondes des trajets Paris-Le Mans et Paris-Besançon pour un automobiliste roulant à 140 km/h.

3. Calcule la différence de durée entre ces deux trajets en minutes.

4. Explique en quelques phrases pourquoi l'image permet de sensibiliser les automobilistes quant aux conséquences éventuelles de leur décision de rouler plus vite.

Placeholder pour Le Mans - Paris - Besançon.Le Mans - Paris - Besançon.
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16-C
Vous rouliez juste un peu vite…

Dans le but de sensibiliser les conducteurs au respect de la vitesse, une campagne d'affichage est mise en place.

1. Complète la première affiche en indiquant le nombre de minutes gagnées en roulant à 140 km/h au lieu de 130 km/h pour les deux trajets présentés.

2. Explique pourquoi l'image permet de sensibiliser les automobilistes vis-à-vis des excès de vitesse.

Placeholder pour Lille - Paris - Strasbourg.Lille - Paris - Strasbourg.
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J'approfondis

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17
Un challenge réussi.

Le 14 octobre 2012, l'Autrichien Felix Baumgartner atteint l'altitude de 39 376 m à l'aide d'un ballon d'hélium. À cette altitude, il se jette dans le vide et tombe vers le sol durant une chute libre de 4 min 19 s, parcourant ainsi 36 529 m. Durant cette phase, il atteint la vitesse de pointe de 1 357,6 km/h. Au bout d'un certain temps, il ouvre son parachute pour atterrir sain et sauf après une chute d'une durée totale de 9 min 3 s.

1. Rajoute sur l'image les légendes suivantes : « départ du saut », « mouvement rectiligne uniforme », « mouvement rectiligne dont la valeur de la vitesse augmente », « ouverture du parachute ».

2. Calcule la valeur de la vitesse moyenne de Felix Baumgartner en m/s durant la phase de chute libre.

3. Convertis la valeur de la vitesse de pointe en m/s. Explique la différence entre cette valeur et la valeur de vitesse moyenne calculée à la question 2.

4. Calcule la valeur de la vitesse moyenne de Felix Baumgartner en m/s durant la phase où son parachute est ouvert.

5. Felix Baumgartner a-t-il dépassé la vitesse du son dans l'air ? Justifie ta réponse.


Placeholder pour Felix Baumgartner.Felix Baumgartner.
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18
Un lancer en pleine lumière.

L'image représente un lancer de ballon. Le soleil étant au zénith, l'ombre du ballon se projette sur le sol.

Placeholder pour Rayons solaires.Rayons solaires.
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1. La direction du mouvement du ballon change-t-elle au cours du temps ?

2. Comment évolue la valeur de la vitesse du ballon au cours de ce lancer ?

3. Décris le mouvement de l'ombre du ballon durant le lancer.
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19
Une vitesse astronomique.

Le 14 juillet 2015, la sonde New Horizons survole la planète naine Pluton. L'infographie ci-dessous présente plusieurs informations relatives à ce survol.

1 Précise la direction et le sens du mouvement rectiligne de la sonde.

2 Le mouvement est-il uniforme ? Justifie ta réponse.

3 Pour quelles raisons peut-on dire que la vitesse moyenne de la sonde lors de ce survol est d'environ 13,8 km/s ? Observe bien les données numériques de l'infographie.

4 À l'aide de cette vitesse moyenne, calcule la distance parcourue en km par la sonde entre 11 h et 15 h ce 14 juillet 2015.

Placeholder pour <stamp theme='pc-green1'>Doc. 3</stamp> Trajectoire de New Horizons.<stamp theme='pc-green1'>Doc. 3</stamp> Trajectoire de New Horizons.
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20
Un satellite géostationnaire.

Le satellite Météosat est situé à 36 000 km du sol terrestre au-dessus de l'Europe. Il parcourt son orbite circulaire à vitesse constante en 24 h par rapport au centre de la Terre.

1. Sachant que le rayon de la Terre est de 6 400 km, quelle est la distance parcourue par le satellite en 24 h ?

2. Calcule la vitesse en km/h du satellite par rapport au centre de la Terre.

3. Quel est le mouvement de ce satellite par rapport au sol européen ? Justifie ta réponse.

4. À partir de la réponse précédente, explique pourquoi Météosat est un satellite géostationnaire.
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21
Des trajectoires bien compliquées.

Placeholder pour Différentes trajectoires.Différentes trajectoires.
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Les images suivantes présentent des trajectoires de différents points. Associe les trajectoires aux différents mouvements décrits :
A B C E F
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22
La collision aura-t-elle lieu ?

Compétence
Pratiquer le calcul numérique et le calcul littéral

Naomi roule à 50 km/h en voiture. Son temps de réaction est d'une seconde. Tout à coup, un chien surgit à 22 m devant elle.

1. Convertis la vitesse de la voiture en m/s.

2. La valeur de la vitesse change-t-elle avant que Naomi réagisse et actionne le frein ?

3. Calcule alors la distance parcourue durant le temps de réaction. La distance de freinage de sa voiture est de 3,5 m pour une vitesse de 25 km/h. Mais on sait que la distance de freinage d'un véhicule est multipliée par quatre si la vitesse est doublée.

4. Calcule la distance que mettra sa voiture pour freiner, distance appelée distance de freinage.

5. Va-t-elle percuter le chien ? Justifie ta réponse.


Placeholder pour Distance de réaction et distance de freinage.Distance de réaction et distance de freinage.
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23
Parachute ascensionnel.

Compétence
Interpréter des résultats

Durant leurs vacances, Alissa expérimente le parachutisme ascensionnel. Première phase : au départ, elle est sur la plage. Puis le bateau démarre. Deuxième phase : au bout d'un certain temps la corde se tend et, Alissa voit son parachute se gonfler et elle quitte le sol. Troisième phase : Alissa reste à une altitude constante alors que le bateau continue son trajet en ligne droite à vitesse constante.

1. Durant la première phase, explique pourquoi le mouvement du bateau n'est pas uniforme par rapport à Alissa.

2. Durant la seconde phase, pour quel référentiel le mouvement d'Alissa est un mouvement circulaire ?

3. Durant la troisième phase, quel est le mouvement du bateau par rapport à Alissa ?

4. Durant la troisième phase, décris le mouvement du bateau par rapport au sol.

5. Durant quelle(s) phase(s) Alissa est-elle immobile par rapport au sac contenant son parachute ?
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24
Un hamster en liberté.

Compétence
Interpréter des résultats

Pour se défouler, les hamsters dans leur cage font régulièrement du sport en courant dans une roue. On peut aussi les sortir de leur cage et les mettre dans une balle translucide, pour qu'ils puissent explorer la maison en toute sécurité.

1. Quand il utilise la roue de sa cage, quel est le mouvement du hamster par rapport au sol ?

2. Quelle est la trajectoire d'un point situé sur le bord de la roue quand le hamster l'utilise dans sa cage ?

3. Quand il est dans sa balle translucide et court à vitesse constante, quel est le mouvement du hamster par rapport au sol ?


4. Dans ce cas, comment filmer ce hamster pour qu'il reste au centre de l'image ?
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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 collision d'un choc d'une voiture roulant à une certaine vitesse contre un obstacle fixe est comparée au choc d'une personne tombant d'un immeuble.

À partir des documents suivants, complète les phrases suivantes :
  • Une collision à 50 km/h revient à sauter du
     étage d'un immeuble.
  • Une collision à 90 km/h revient à sauter du
     étage d'un immeuble.
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Doc. 1
Tableau donnant la hauteur h d'une chute libre en fonction de la durée t de la chute et de la vitesse v atteinte à cette hauteur.

h en m4,59101931
t en s0,951,341,41,942,5
v en m/s9,513,41419,425
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Doc. 2
Indice.

La hauteur moyenne d'un étage est de 3 m.
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Exercices supplémentaires

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25
Au centre commercial.

Dans un centre commercial, deux rampes d'escalators parallèles fonctionnent en sens opposé. L'escalator A fait monter les clients au niveau supérieur, alors que l'escalator B les fait descendre. Amandine reste sur l'une des marches de l'escalator A, alors que son petit frère s'amuse à descendre les marches de cet escalator, tout en étant immobile par rapport au sol. Au même moment, elle aperçoit sa mère qui les attend au niveau supérieur. Sur l'escalator B, Bruno vit la même situation : Bruno reste sur l'une des marches, tandis que sa petite sœur s'amuse à les monter, tout en restant immobile par rapport au sol.

1. Remplis le tableau suivant avec les termes “immobile” et “en mouvement”.
Personnage Amandine Le petit frère d'Amandine Bruno La petite sœur de Bruno La mère d'Amandine
Par rapport au sol
Par rapport à Amandine
Par rapport au petit frère d'Amandine
Par rapport à Bruno
Par rapport à la sœur de Bruno
Par rapport à la mère d'Amandine

2. Si l'escalator B faisait monter les clients à la même vitesse que l'escalator A, que devrait faire la petite sœur de Bruno pour être immobile par rapport au petit f