QCM : Électricité électrostatique — 17 questions

Question 1

1. Pour trois condensateurs montés en série, quelle relation donne leur capacité équivalente ?

C_{eq}=\frac{C_1+C_2+C_3}{3}

C_{eq}=C_1+C_2+C_3

\frac{1}{C_{eq}}=\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2}+\frac{1}{C_3}

\frac{1}{C_{eq}}=\frac{1}{C_1C_2C_3}

Explication

Dans un montage en série, les inverses des capacités s’additionnent selon la relation donnée. La somme directe des capacités correspond au comportement d’un montage en parallèle, et non d’un montage en série.

Answer

$$\frac{1}{C_{eq}}=\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2}+\frac{1}{C_3}$$

Question 2

2. Quelle démarche convient pour résoudre un problème comportant plusieurs condensateurs en série ?

Remplacer chaque capacité par sa charge avant d’écrire les équations du circuit

Additionner directement les capacités avant de déterminer les grandeurs recherchées

Isoler la capacité équivalente, puis les grandeurs recherchées dans les équations

Calculer la moyenne des capacités, puis appliquer cette valeur à toutes les relations

Explication

La résolution consiste à isoler la capacité équivalente, les quantités recherchées et les équations nécessaires. Remplacer les condensateurs par leur somme confond la méthode des condensateurs en série avec celle du montage en parallèle.

Answer

Isoler la capacité équivalente, puis les grandeurs recherchées dans les équations

Question 3

3. Dans quelle unité la charge électrique d’un objet s’exprime-t-elle ?

En ampères

En farads

En volts

En coulombs

Explication

La charge électrique caractérise un objet chargé positivement ou négativement et se mesure en coulombs. L’ampère mesure un courant, le volt une différence de potentiel et le farad une capacité.

Answer

En coulombs

Question 4

4. Un objet porte $n$ charges élémentaires de même signe. Quelle relation permet de calculer sa charge totale $q$ ?

q=ne

q=n+e

q=\frac{n}{e}

q=\frac{e}{n}

Explication

La quantification de la charge s’écrit $q=ne$ , où $n$ est un entier et $e=1{,}602\times10^{-19}\ \mathrm{C}$ . La charge élémentaire représente une unité de charge, tandis que la charge totale dépend du nombre $n$ de charges élémentaires.

Answer

Elle reste constante

Answer

Par frottement, par contact ou par influence

Answer

Son intensité varie comme $$\frac{1}{r^2}$$

Answer

Une interaction attractive

Answer

En additionnant vectoriellement les forces exercées par chaque charge

Answer

$$\vec{F}=q\vec{E}$$ et l’unité est le volt par mètre

Answer

Deux charges de valeurs absolues égales et de signes opposés

Answer

Les charges positives et négatives migrent de manière distincte dans le matériau

Answer

$$W_{AB}=q(V_A-V_B)$$ et $$E_p=qV$$

Answer

Il suit une variation en $$1/r$$, selon $$V(r)=\frac{Q}{4\pi\varepsilon_0 r}$$

Answer

$$\vec{E}=-\operatorname{grad}V$$

Answer

$$3{,}6\times10^{-6}\ \mathrm{N}$$, selon une interaction attractive

Answer

$$14\,400\ \mathrm{V/m}$$, orienté vers B

Question 5

5. Que devient la charge électrique totale d’un système isolé lorsque des charges se déplacent à l’intérieur de ce système ?

Elle augmente avec le déplacement des charges

Elle diminue dès qu’une charge change de position

Elle s’annule lorsque les charges atteignent la surface

Elle reste constante

Explication

Dans un système isolé, le déplacement interne des charges ne modifie pas la charge électrique totale, qui se conserve. Un déplacement de charges peut changer leur répartition sans créer ni détruire la charge totale.

Question 6

6. Par quels mécanismes un corps peut-il être électrisé ?

Par réflexion, par réfraction ou par diffraction

Par chauffage, par fusion ou par évaporation

Par compression, par dilution ou par solidification

Par frottement, par contact ou par influence

Explication

Les trois mécanismes d’électrisation sont le frottement, le contact et l’influence. Les autres phénomènes proposés décrivent des transformations thermiques, mécaniques ou ondulatoires, et non des modes d’électrisation.

Question 7

7. Comment varie la force électrostatique entre deux charges ponctuelles lorsque la distance $r$ qui les sépare augmente ?

Son intensité reste indépendante de

r

Son intensité varie comme

\frac{1}{r^2}

Son intensité varie comme

\frac{1}{r}

Son intensité varie comme

r^2

Explication

La loi de Coulomb contient le facteur $\frac{1}{r^2}$ , donc l’intensité de la force diminue avec le carré de la distance. Elle ne dépend pas de la distance selon une simple proportion en $\frac{1}{r}$ ni selon une croissance en $r^2$ .

Question 8

8. Deux charges ponctuelles ont un produit $q_1q_2<0$ . Quelle interaction électrostatique exercent-elles l’une sur l’autre ?

Une interaction attractive

Une interaction sans force électrostatique

Une interaction dont le sens dépend de leur distance

Une interaction répulsive

Explication

Un produit $q_1q_2<0$ signifie que les charges sont de signes opposés, ce qui entraîne une force électrostatique attractive. La distance modifie l’intensité de la force, mais pas le caractère attractif associé aux signes opposés.

Question 9

9. Lorsque plusieurs charges exercent une force sur une charge donnée, comment détermine-t-on la force totale ?

En multipliant les forces individuelles par la charge étudiée

En conservant la force produite par la charge la plus proche

En additionnant vectoriellement les forces exercées par chaque charge

En additionnant les normes des forces exercées par chaque charge

Explication

La force totale est la somme vectorielle des contributions individuelles, car chaque force possède une direction et un sens. Additionner leurs normes ignorerait ces informations directionnelles et pourrait donner un résultat erroné.

Question 10

10. Une charge ponctuelle q subit une force électrique décrite par le champ électrique $\vec{E}$ . Quelle relation et quelle unité caractérisent ce champ ?

\vec{F}=\frac{\vec{E}}{q}

et l’unité est le newton

\vec{F}=q\vec{E}

et l’unité est le volt par mètre

\vec{E}=q\vec{F}

et l’unité est le coulomb par mètre

\vec{E}=\frac{\vec{F}}{q^2}

et l’unité est le joule par coulomb

Explication

Le champ électrique est défini par la relation $\vec{F}=q\vec{E}$ et s’exprime en volt par mètre. Il ne se confond pas avec la force, puisque la force dépend aussi de la valeur de la charge soumise au champ.

Question 11

11. Quelle caractéristique définit un dipôle électrostatique ?

Deux charges de valeurs absolues égales et de signes opposés

Deux charges de valeurs absolues différentes et de même signe

Deux charges de valeurs absolues égales et de même signe

Une charge unique répartie uniformément dans l’espace

Explication

Un dipôle électrostatique associe deux charges opposées ayant la même valeur absolue. Deux charges de même signe forment une autre configuration électrique et ne constituent pas un dipôle.

Question 12

12. Que se produit-il lors de la polarisation d’un matériau soumis à une séparation de charges ?

Les charges positives et négatives migrent de manière distincte dans le matériau

Les charges positives quittent le matériau tandis que les charges négatives restent immobiles

Les charges présentes se répartissent uniformément sans modifier leur séparation interne

Les charges positives et négatives s’annulent pour rendre le matériau parfaitement neutre

Explication

La polarisation correspond à une migration relative des charges positives et négatives, ce qui crée une séparation des charges dans le matériau. Elle ne désigne donc pas une neutralité parfaite obtenue par annulation des charges.

Question 13

13. Une charge q est déplacée du point A vers le point B, où les potentiels valent respectivement $V_A$ et $V_B$ . Quelles expressions donnent le travail et l’énergie potentielle électrique ?

W_{AB}=qV_A V_B

et

E_p=\frac{q}{V}

W_{AB}=q(V_A-V_B)

et

E_p=qV

W_{AB}=\frac{V_A-V_B}{q}

et

E_p=q(V_B-V_A)

W_{AB}=q(V_B-V_A)

et

E_p=q(V_A-V_B)

Explication

Le travail dépend de la différence de potentiel entre les deux points, selon $W_{AB}=q(V_A-V_B)$ , tandis que l’énergie potentielle en un point vaut $E_p=qV$ . Confondre ces expressions revient à remplacer un potentiel local par une différence de potentiel.

Question 14

14. Comment varie le potentiel électrique créé par une charge ponctuelle Q lorsqu’on s’éloigne de cette charge ?

Il augmente proportionnellement à r lorsque la distance à la charge croît

Il reste constant quelle que soit la distance séparant la charge et le point étudié

Il suit une variation en

1/r

, selon

V(r)=\frac{Q}{4\pi\varepsilon_0 r}

Il suit une variation en

1/r^2

, comme la force électrostatique

Explication

Le potentiel d’une charge ponctuelle est inversement proportionnel à la distance, selon $V(r)=\frac{Q}{4\pi\varepsilon_0 r}$ . La dépendance en $1/r^2$ caractérise la force électrostatique, et non le potentiel lui-même.

Question 15

15. Quelle relation locale relie le champ électrique au potentiel électrique ?

\vec{E}=V\operatorname{grad}V

\vec{E}=\operatorname{grad}V

\vec{E}=-\operatorname{grad}V

\vec{E}=-\frac{1}{V}\operatorname{grad}V

Explication

Le champ électrique est l’opposé du gradient du potentiel, ce qui s’écrit $\vec{E}=-\operatorname{grad}V$ . Le signe négatif indique que le champ est orienté vers les potentiels décroissants.

Question 16

16. Deux charges de valeur absolue $2\times10^{-9}\ \mathrm{C}$ sont séparées de $0{,}1\ \mathrm{m}$ . Quelle force électrostatique s’exerce entre elles lorsqu’elles sont de signes opposés ?

1{,}8\times10^{-6}\ \mathrm{N}

, selon une interaction répulsive

7{,}2\times10^{-6}\ \mathrm{N}

, selon une interaction attractive

3{,}6\times10^{-6}\ \mathrm{N}

, selon une interaction répulsive

3{,}6\times10^{-6}\ \mathrm{N}

, selon une interaction attractive

Explication

Des charges opposées s’attirent et, pour les valeurs et la distance données, la force calculée vaut $3{,}6\times10^{-6}\ \mathrm{N}$ . La valeur $7{,}2\times10^{-6}\ \mathrm{N}$ correspondrait ici à une confusion avec une autre grandeur ou un mauvais facteur numérique.

Question 17

17. Au point M, situé à $0{,}05\ \mathrm{m}$ de chacune de deux charges opposées de valeur absolue $2\times10^{-9}\ \mathrm{C}$ , que vaut le champ électrique total lorsque les champs individuels ont le même sens ?

14\,400\ \mathrm{V/m}

, orienté à l’opposé de B

7\,200\ \mathrm{V/m}

, orienté vers B

3\,600\ \mathrm{V/m}

, orienté vers B

14\,400\ \mathrm{V/m}

, orienté vers B

Explication

Chaque charge crée au point M un champ de $7\,200\ \mathrm{V/m}$ ; comme les deux contributions ont le même sens, elles s’additionnent pour donner $14\,400\ \mathrm{V/m}$ vers B. La valeur $7\,200\ \mathrm{V/m}$ décrit le champ d’une seule charge, pas le champ total.

QCM : Électricité électrostatique — 17 questions

Questions et réponses du QCM

1. Pour trois condensateurs montés en série, quelle relation donne leur capacité équivalente ?

2. Quelle démarche convient pour résoudre un problème comportant plusieurs condensateurs en série ?

3. Dans quelle unité la charge électrique d’un objet s’exprime-t-elle ?

4. Un objet porte $n$ charges élémentaires de même signe. Quelle relation permet de calculer sa charge totale $q$ ?

5. Que devient la charge électrique totale d’un système isolé lorsque des charges se déplacent à l’intérieur de ce système ?

6. Par quels mécanismes un corps peut-il être électrisé ?

7. Comment varie la force électrostatique entre deux charges ponctuelles lorsque la distance $r$ qui les sépare augmente ?

8. Deux charges ponctuelles ont un produit $q_1q_2<0$ . Quelle interaction électrostatique exercent-elles l’une sur l’autre ?

9. Lorsque plusieurs charges exercent une force sur une charge donnée, comment détermine-t-on la force totale ?

10. Une charge ponctuelle q subit une force électrique décrite par le champ électrique $\vec{E}$ . Quelle relation et quelle unité caractérisent ce champ ?

11. Quelle caractéristique définit un dipôle électrostatique ?

12. Que se produit-il lors de la polarisation d’un matériau soumis à une séparation de charges ?

13. Une charge q est déplacée du point A vers le point B, où les potentiels valent respectivement $V_A$ et $V_B$ . Quelles expressions donnent le travail et l’énergie potentielle électrique ?

14. Comment varie le potentiel électrique créé par une charge ponctuelle Q lorsqu’on s’éloigne de cette charge ?

15. Quelle relation locale relie le champ électrique au potentiel électrique ?

16. Deux charges de valeur absolue $2\times10^{-9}\ \mathrm{C}$ sont séparées de $0{,}1\ \mathrm{m}$ . Quelle force électrostatique s’exerce entre elles lorsqu’elles sont de signes opposés ?

17. Au point M, situé à $0{,}05\ \mathrm{m}$ de chacune de deux charges opposées de valeur absolue $2\times10^{-9}\ \mathrm{C}$ , que vaut le champ électrique total lorsque les champs individuels ont le même sens ?

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Questions et réponses du QCM

1. Pour trois condensateurs montés en série, quelle relation donne leur capacité équivalente ?

2. Quelle démarche convient pour résoudre un problème comportant plusieurs condensateurs en série ?

3. Dans quelle unité la charge électrique d’un objet s’exprime-t-elle ?

4. Un objet porte nnn charges élémentaires de même signe. Quelle relation permet de calculer sa charge totale qqq ?

5. Que devient la charge électrique totale d’un système isolé lorsque des charges se déplacent à l’intérieur de ce système ?

6. Par quels mécanismes un corps peut-il être électrisé ?

7. Comment varie la force électrostatique entre deux charges ponctuelles lorsque la distance rrr qui les sépare augmente ?

8. Deux charges ponctuelles ont un produit q1q2<0q_1q_2<0q1​q2​<0. Quelle interaction électrostatique exercent-elles l’une sur l’autre ?

9. Lorsque plusieurs charges exercent une force sur une charge donnée, comment détermine-t-on la force totale ?

10. Une charge ponctuelle q subit une force électrique décrite par le champ électrique E⃗\vec{E}E. Quelle relation et quelle unité caractérisent ce champ ?

11. Quelle caractéristique définit un dipôle électrostatique ?

12. Que se produit-il lors de la polarisation d’un matériau soumis à une séparation de charges ?

13. Une charge q est déplacée du point A vers le point B, où les potentiels valent respectivement VAV_AVA​ et VBV_BVB​. Quelles expressions donnent le travail et l’énergie potentielle électrique ?

14. Comment varie le potentiel électrique créé par une charge ponctuelle Q lorsqu’on s’éloigne de cette charge ?

15. Quelle relation locale relie le champ électrique au potentiel électrique ?

16. Deux charges de valeur absolue 2×10−9 C2\times10^{-9}\ \mathrm{C}2×10−9 C sont séparées de 0,1 m0{,}1\ \mathrm{m}0,1 m. Quelle force électrostatique s’exerce entre elles lorsqu’elles sont de signes opposés ?

17. Au point M, situé à 0,05 m0{,}05\ \mathrm{m}0,05 m de chacune de deux charges opposées de valeur absolue 2×10−9 C2\times10^{-9}\ \mathrm{C}2×10−9 C, que vaut le champ électrique total lorsque les champs individuels ont le même sens ?

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4. Un objet porte $n$ charges élémentaires de même signe. Quelle relation permet de calculer sa charge totale $q$ ?

7. Comment varie la force électrostatique entre deux charges ponctuelles lorsque la distance $r$ qui les sépare augmente ?

8. Deux charges ponctuelles ont un produit $q_1q_2<0$ . Quelle interaction électrostatique exercent-elles l’une sur l’autre ?

10. Une charge ponctuelle q subit une force électrique décrite par le champ électrique $\vec{E}$ . Quelle relation et quelle unité caractérisent ce champ ?

13. Une charge q est déplacée du point A vers le point B, où les potentiels valent respectivement $V_A$ et $V_B$ . Quelles expressions donnent le travail et l’énergie potentielle électrique ?

16. Deux charges de valeur absolue $2\times10^{-9}\ \mathrm{C}$ sont séparées de $0{,}1\ \mathrm{m}$ . Quelle force électrostatique s’exerce entre elles lorsqu’elles sont de signes opposés ?

17. Au point M, situé à $0{,}05\ \mathrm{m}$ de chacune de deux charges opposées de valeur absolue $2\times10^{-9}\ \mathrm{C}$ , que vaut le champ électrique total lorsque les champs individuels ont le même sens ?