QCM : Interactions fondamentales et champs — 18 questions

Questions et réponses du QCM

1. Comment définit-on un champ physique en un point de l’espace ?

Il associe une trajectoire déterminée à ce point.
Il associe une force constante à ce point.
Il associe une grandeur physique à ce point.
Il associe une masse identique à chaque point.

Il associe une grandeur physique à ce point.

Explication

Un champ associe à chaque point de l’espace une grandeur physique, qui peut être scalaire ou vectorielle. Il ne se réduit donc pas nécessairement à une force, à une masse ou à une trajectoire.

2. Quelle est la valeur de la charge élémentaire positive ?

e=9,0×10−9 Ce = 9,0 \times 10^{-9}\ \mathrm{C}
e=3,0×10−18 Ce = 3,0 \times 10^{-18}\ \mathrm{C}
e=1,6×1019 Ce = 1,6 \times 10^{19}\ \mathrm{C}
e=1,6×10−19 Ce = 1,6 \times 10^{-19}\ \mathrm{C}

$$e = 1,6 \times 10^{-19}\ \mathrm{C}$$

Explication

La charge élémentaire positive vaut e=1,6×10−19 Ce = 1,6 \times 10^{-19}\ \mathrm{C}. La valeur 3,0×10−18 C3,0 \times 10^{-18}\ \mathrm{C} correspond par exemple à la charge d'un noyau de potassium possédant 19 protons.

3. Quelle grandeur physique, notée qq, caractérise une particule et se mesure en coulombs ?

La charge électrique
La masse inertielle
La quantité de matière
La température

La charge électrique

Explication

La charge électrique est une propriété des particules notée qq et exprimée en coulombs, de symbole C\mathrm{C}. La masse décrit l'inertie d'un corps et ne correspond pas à sa charge électrique.

4. Quelle expression décrit la force électrostatique exercée entre deux charges électriques séparées par une distance dd ?

F⃗A/B=kqA+qBdu⃗\vec{F}_{A/B}=k\frac{q_A+q_B}{d}\vec{u}
F⃗A/B=−GmAmBd2u⃗\vec{F}_{A/B}=-G\frac{m_Am_B}{d^2}\vec{u}
F⃗A/B=GqAqBdu⃗\vec{F}_{A/B}=G\frac{q_Aq_B}{d}\vec{u}
F⃗A/B=kqAqBd2u⃗\vec{F}_{A/B}=k\frac{q_Aq_B}{d^2}\vec{u}

$$\vec{F}_{A/B}=k\frac{q_Aq_B}{d^2}\vec{u}$$

Explication

La loi de Coulomb relie la force électrostatique aux deux charges et à l’inverse du carré de leur distance. L’expression faisant intervenir les masses correspond à la gravitation, et non à l’interaction entre charges électriques.

5. Quelle propriété caractérise les lignes de champ et leur représentation ?

Elles suivent la trajectoire d’une charge et leur flèche indique sa vitesse.
Elles sont tangentes au vecteur champ et leur flèche indique son sens.
Elles sont perpendiculaires au vecteur champ et leur flèche indique son intensité.
Elles relient des points de même intensité et leur flèche indique la distance.

Elles sont tangentes au vecteur champ et leur flèche indique son sens.

Explication

En chaque point, une ligne de champ est tangente au vecteur du champ, tandis que la flèche indique le sens de ce vecteur. Elle ne représente pas nécessairement la trajectoire d’une charge ni une mesure directe de la vitesse.

6. Quelle expression donne la force gravitationnelle exercée par A sur B, séparés par une distance dd ?

F⃗A/B=−kqAqBd2u⃗\vec{F}_{A/B}=-k\frac{q_Aq_B}{d^2}\vec{u}
F⃗A/B=−GmAmBd2u⃗\vec{F}_{A/B}=-G\frac{m_Am_B}{d^2}\vec{u}
F⃗A/B=GmA+mBdu⃗\vec{F}_{A/B}=G\frac{m_A+m_B}{d}\vec{u}
F⃗A/B=kqAqBd2u⃗\vec{F}_{A/B}=k\frac{q_Aq_B}{d^2}\vec{u}

$$\vec{F}_{A/B}=-G\frac{m_Am_B}{d^2}\vec{u}$$

Explication

La force gravitationnelle dépend du produit des masses, de l’inverse du carré de la distance et de la constante gravitationnelle GG. Les expressions utilisant qAq_A et qBq_B décrivent l’interaction électrostatique.

7. Quelle interaction décrit la gravitation entre deux corps possédant une masse ?

Une interaction qui concerne des charges électriques opposées
Une interaction exercée par un seul corps sur l’autre
Une interaction réciproque et attractive entre ces deux corps
Une interaction réciproque pouvant être attractive ou répulsive

Une interaction réciproque et attractive entre ces deux corps

Explication

La gravitation est une interaction réciproque par laquelle tous les corps massifs s’attirent. Le caractère attractif ou répulsif concerne l’interaction électrostatique selon les charges, et non la gravitation.

8. Quelle association entre les particules élémentaires et leur charge électrique est correcte ?

Le proton est positif, le neutron est neutre et l'électron est négatif.
Le proton est négatif, le neutron est positif et l'électron est neutre.
Le proton est positif, le neutron est négatif et l'électron est neutre.
Le proton est neutre, le neutron est négatif et l'électron est positif.

Le proton est positif, le neutron est neutre et l'électron est négatif.

Explication

Le proton porte une charge +e+e, le neutron possède une charge nulle et l'électron porte une charge −e-e. Le neutron n'est donc pas chargé négativement, contrairement à l'électron.

9. Que désigne l'électrisation d'un objet ?

La mesure de la charge électrique en coulombs
L'acquisition d'une charge électrique par cet objet
L'attraction exercée entre deux objets déjà chargés
La répulsion observée entre deux charges de même signe

L'acquisition d'une charge électrique par cet objet

Explication

L'électrisation est le phénomène au cours duquel un objet acquiert une charge électrique. L'attraction et la répulsion décrivent ensuite des interactions entre charges, et non le phénomène d'acquisition lui-même.

10. Si la distance entre deux charges est multipliée par 22, comment évolue l’intensité de leur force électrostatique ?

Elle reste inchangée.
Elle est divisée par 22.
Elle est multipliée par 22.
Elle est divisée par 44.

Elle est divisée par $$4$$.

Explication

La force électrostatique varie comme 1/d21/d^2 : multiplier la distance par 22 divise donc la force par 22=42^2=4. Une division par 22 correspondrait à une dépendance en 1/d1/d, qui n’est pas celle de la loi de Coulomb.

11. Laquelle de ces associations distingue correctement un champ scalaire d’un champ vectoriel ?

La température est scalaire et le champ gravitationnel est vectoriel.
Le champ du vent est scalaire et la température est vectorielle.
La pression est vectorielle et le champ électrostatique est scalaire.
Le champ gravitationnel est scalaire et la pression est vectorielle.

La température est scalaire et le champ gravitationnel est vectoriel.

Explication

La température et la pression sont décrites par des grandeurs scalaires, tandis que le champ gravitationnel possède une direction et un sens et est donc vectoriel. Le champ du vent et le champ électrostatique sont également des champs vectoriels.

12. Une charge source qAq_A crée un champ électrostatique au point B, situé à la distance dd. Quelle expression donne l’intensité de ce champ ?

E=k∣qA∣qBd2E=k\frac{|q_A|q_B}{d^2}
E=k∣qA∣dE=k\frac{|q_A|}{d}
E=k∣qA∣d2E=k\frac{|q_A|}{d^2}
E=GmAmBd2E=G\frac{m_Am_B}{d^2}

$$E=k\frac{|q_A|}{d^2}$$

Explication

L’intensité du champ électrostatique créé par la charge source est E=k∣qA∣d2E=k\frac{|q_A|}{d^2} et dépend de la charge source ainsi que de la distance. La charge placée au point B intervient dans la force subie, mais pas dans la définition de ce champ.

13. Quelle organisation décrit correctement la structure d'un atome ?

Les protons et les neutrons sont dans le noyau, tandis que les électrons se trouvent autour de lui.
Les trois types de particules se répartissent uniformément autour du noyau.
Les électrons et les neutrons sont dans le noyau, tandis que les protons se trouvent autour de lui.
Les protons et les électrons sont dans le noyau, tandis que les neutrons se trouvent autour de lui.

Les protons et les neutrons sont dans le noyau, tandis que les électrons se trouvent autour de lui.

Explication

Le noyau contient les protons et les neutrons, appelés nucléons, tandis que les électrons gravitent autour du noyau. L'erreur principale consiste à placer les électrons dans le noyau avec les nucléons.

14. Quelle est la charge électrique du noyau d'un atome de potassium possédant 19 protons, avec e=1,6×10−19 Ce = 1,6 \times 10^{-19}\ \mathrm{C} ?

−3,0×10−18 C-3,0 \times 10^{-18}\ \mathrm{C}
+1,6×10−19 C+1,6 \times 10^{-19}\ \mathrm{C}
−1,6×10−19 C-1,6 \times 10^{-19}\ \mathrm{C}
+3,0×10−18 C+3,0 \times 10^{-18}\ \mathrm{C}

$$+3,0 \times 10^{-18}\ \mathrm{C}$$

Explication

Le noyau contient 19 protons, donc sa charge vaut q=19×e=3,0×10−18 Cq = 19 \times e = 3,0 \times 10^{-18}\ \mathrm{C} et elle est positive. La charge négative correspond à l'électron, pas au noyau constitué de protons et de neutrons.

15. Que se passe-t-il entre deux charges électriques de signes opposés ?

Elles se repoussent.
Elles deviennent nécessairement neutres.
Elles s'attirent.
Elles perdent leur charge.

Elles s'attirent.

Explication

Deux charges de signes opposés s'attirent, tandis que deux charges de même signe se repoussent. La neutralité n'est pas une conséquence nécessaire de la rencontre entre charges opposées.

16. Si la masse de l’un des deux corps est multipliée par 33, sans modifier la distance ni l’autre masse, comment évolue l’intensité de la force gravitationnelle ?

Elle est divisée par 33.
Elle est multipliée par 33.
Elle reste inchangée.
Elle est multipliée par 99.

Elle est multipliée par $$3$$.

Explication

L’intensité gravitationnelle est proportionnelle à chacune des deux masses : multiplier l’une d’elles par 33 multiplie donc la force par 33. Le facteur 99 apparaîtrait si les deux masses étaient chacune multipliées par 33.

17. Quelle relation exprime la quantification de la charge électrique d'un noyau, d'un ion ou d'un atome ?

q=n×eq = n \times e, avec nn entier
q=n+eq = n + e, avec nn entier
q=n×e2q = n \times e^2, avec nn entier
q=enq = \frac{e}{n}, avec nn entier

$$q = n \times e$$, avec $$n$$ entier

Explication

La charge électrique s'écrit comme un multiple entier de la charge élémentaire selon q=n×eq = n \times e, où nn est un nombre entier. Une addition ou une division par nn ne traduit pas cette quantification.

18. Deux charges A et B exercent l’une sur l’autre des forces électrostatiques réciproques. Quelle relation vectorielle respecte la troisième loi de Newton ?

F⃗B/A=−F⃗A/B\vec{F}_{B/A}=-\vec{F}_{A/B}
F⃗B/A=2F⃗A/B\vec{F}_{B/A}=2\vec{F}_{A/B}
F⃗B/A=F⃗A/B\vec{F}_{B/A}=\vec{F}_{A/B}
F⃗B/A=0⃗\vec{F}_{B/A}=\vec{0}

$$\vec{F}_{B/A}=-\vec{F}_{A/B}$$

Explication

Les forces réciproques ont la même intensité et des sens opposés, ce qui s’écrit F⃗B/A=−F⃗A/B\vec{F}_{B/A}=-\vec{F}_{A/B}. Elles ne sont donc pas des vecteurs identiques, même si leurs intensités sont égales.

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Qu'est-ce que la charge électrique ?

Une propriété des particules notée q et mesurée en coulombs.

De quoi est constitué le noyau atomique ?

De nucléons, c'est-à-dire de protons et de neutrons.

Où se trouvent les électrons dans un atome ?

Ils gravitent autour du noyau.

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