QCM : Introduction à la physique fondamentale — 16 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle expression relie le pH à la concentration en ions oxonium d’une solution ?

pH = log[H3O+]
pH = [H3O+]-10
pH = -log[H3O+]
pH = 10[H3O+]

pH = -log[H3O+]

Explication

Le pH est défini par pH = -log[H3O+]. La relation inverse correcte est donc [H3O+] = 10^-pH.

2. Quelle grandeur s’exprime par la relation $C_m=\frac{m}{V}$ ?

Le nombre d’entités
La concentration massique
La quantité de matière
La concentration molaire

La concentration massique

Explication

La concentration massique est définie comme la masse de soluté par unité de volume, donc $C_m=\frac{m}{V}$. La concentration molaire correspondrait plutôt à $C=\frac{n}{V}$.

3. Que décrit l’accélération d’un corps en cinématique ?

La distance parcourue pendant un intervalle donné
La force gravitationnelle exercée sur lui
La variation de sa vitesse au cours du temps
La variation de sa position au cours du temps

La variation de sa vitesse au cours du temps

Explication

L’accélération correspond à la variation de la vitesse au cours du temps. La variation de la position au cours du temps définit la vitesse.

4. Quelle égalité traduit la deuxième loi de Newton ?

ΣF = ma
ΣF = m/v
ΣF = mg
ΣF = qE

ΣF = ma

Explication

La deuxième loi de Newton s’écrit bien ΣF = ma. La relation ΣF = qE concerne la force électrique dans un champ électrique uniforme.

5. Quelle formule donne l’énergie cinétique d’un corps de masse m se déplaçant à la vitesse v ?

Ec = 1/2 mv2
Ec = mgz
Ec = F × AB
Ec = mv

Ec = 1/2 mv2

Explication

L’énergie cinétique est donnée par Ec = 1/2 mv². L’expression mgz correspond à l’énergie potentielle de pesanteur.

6. Quelle expression définit la puissance en physique ?

P = Δt / E
P = E × Δt
P = F × AB
P = E / Δt

P = E / Δt

Explication

La puissance mesure un transfert d’énergie par unité de temps, donc P = E/Δt. Le travail d’une force constante colinéaire s’écrit, lui, W = F × AB.

7. Quelle relation caractérise un gaz parfait dans le cadre du programme ?

PV = nRT
V = nPT
PV = RT/n
P = nV/R

PV = nRT

Explication

Un gaz parfait vérifie PV = nRT, avec P en pascal, V en m³ et T en kelvin. C’est la relation fondamentale utilisée pour ce modèle.

8. Quel énoncé correspond au premier principe de la thermodynamique ?

U = PV
Q = nRT
ΔU = W - Q
ΔU = W + Q

ΔU = W + Q

Explication

Le premier principe s’écrit ΔU = W + Q, en reliant la variation d’énergie interne au travail et au transfert thermique. La relation PV = nRT décrit le gaz parfait, pas le premier principe.

9. Quelle relation relie la célérité d’une onde, sa longueur d’onde et sa fréquence ?

v = λf
v = f / λ
v = λ / f
v = T / λ

v = λf

Explication

La relation de propagation est v = λf. On en déduit aussi λ = v/f si l’on cherche la longueur d’onde.

10. Quelle formule donne le niveau sonore en fonction de l’intensité reçue ?

L = I / I0
L = log(I × I0)
L = 10 log(I0 / I)
L = 10 log(I / I0)

L = 10 log(I / I0)

Explication

Le niveau sonore suit L = 10 log(I/I0), avec I0 comme intensité de référence. L’expression inversée donnerait une variation de signe incorrecte.

11. Quelle relation traduit la réfraction d’un rayon lumineux lors du passage d’un milieu à un autre ?

E = hf
v = λf
ΔU = W + Q
n₁ sin(i₁) = n₂ sin(i₂)

n₁ sin(i₁) = n₂ sin(i₂)

Explication

La loi de Snell-Descartes relie les angles d’incidence et de réfraction aux indices des deux milieux. La relation v = λf concerne les ondes en général, pas la réfraction.

12. Quelle expression donne l’angle caractéristique de diffraction pour une ouverture de largeur a ?

γ = A'B' / AB
θ = λ / a
i = λD / a
F = Gm₁m₂ / r²

θ = λ / a

Explication

En diffraction, l’élargissement angulaire dépend de la longueur d’onde et de la largeur de l’ouverture selon θ = λ/a. La relation i = λD/a correspond aux interférences, pas à la diffraction.

13. Quelle relation exprime l’énergie d’un photon en fonction de sa fréquence ?

PV = nRT
E = hf
λ = h / p
pH = -log[H₃O⁺]

E = hf

Explication

L’énergie d’un photon est proportionnelle à sa fréquence, avec E = hf. La relation λ = h/p concerne la longueur d’onde de De Broglie d’une particule.

14. Quelle relation relie la longueur d’onde associée à une particule à sa quantité de mouvement ?

E = hf
ΔU = W + Q
v = λf
λ = h / p

λ = h / p

Explication

La relation de De Broglie est λ = h/p, où p est la quantité de mouvement. E = hf décrit plutôt l’énergie d’un photon.

15. Quelle valeur correspond à la constante de Planck utilisée dans l’expression E = hf ?

10⁻¹² W·m⁻²
6,02 × 10²³ mol⁻¹
6,63 × 10⁻³⁴ J·s
8,314 J·mol⁻¹·K⁻¹

6,63 × 10⁻³⁴ J·s

Explication

La constante de Planck vaut h = 6,63 × 10⁻³⁴ J·s et intervient dans E = hf ainsi que dans la relation de De Broglie. La valeur 6,02 × 10²³ mol⁻¹ correspond à la constante d’Avogadro.

16. Quelle valeur de référence sert dans la formule du niveau sonore L = 10 log(I / I₀) ?

10⁻¹² W·m⁻²
6,67 × 10⁻¹¹
9,81 m·s⁻²
3,00 × 10⁸ m·s⁻¹

10⁻¹² W·m⁻²

Explication

Le niveau sonore est défini à partir de l’intensité de référence I₀ = 10⁻¹² W·m⁻². Les autres valeurs correspondent à la vitesse de la lumière, à G et à g.

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Quantité de matière — définition ?

Nombre de moles dans un échantillon.

Masse molaire — rôle ?

Relie la masse à la quantité de matière.

Concentration molaire — unité ?

Mol par litre (mol/L).

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