3e prépa-métiers | Physique-Chimie | Électricité
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Matériel : un stylo, un crayon à papier, une règle et la calculatrice (autorisée). Lis chaque question jusqu'au bout avant de répondre. Écris toujours l'unité à côté du résultat.
C1, C2 · Yanis réalise ce circuit au laboratoire du collège.
1. Complète le tableau avec les mots : ampère – volt – ampèremètre – voltmètre.
| Grandeur | Unité | Appareil de mesure |
|---|---|---|
| Intensité I | ||
| Tension U |
2. Regarde le schéma. Entoure la bonne réponse.
a) L'appareil A est branché : en série / en dérivation
b) L'appareil V est branché : en série / en dérivation
c) Pour mesurer une intensité, je branche les fils sur les bornes : ☐ COM et 10A ☐ COM et V
3. Les écrans des multimètres.
a) L'ampèremètre affiche 0.21. J'écris : I =
b) Le voltmètre affiche 4.48. J'écris : U =
c) Pour mesurer la tension de la pile (4,5 V), le voltmètre propose les calibres 200 mV ; 2 V ; 20 V ; 200 V. Coche le bon calibre.
☐ 200 mV ☐ 2 V ☐ 20 V ☐ 200 V
1. Intensité I : unité ampère, appareil ampèremètre. Tension U : unité volt, appareil voltmètre. 0,5 pt par case.
2. a) L'ampèremètre est en série : il est dans la boucle, le courant le traverse.
b) Le voltmètre est en dérivation : ses deux fils sont sur les deux bornes de la lampe.
c) Bornes COM et 10A. 0,5 pt par réponse.
3. a) I = 0,21 A. b) U = 4,48 V. Sur l'écran, la virgule est un point ; sans unité, la réponse est fausse.
c) 20 V : c'est le calibre juste au-dessus de 4,5 V (2 V est trop petit). 0,5 pt par réponse.
C3 · Le jouet de Nora contient une pile de 4,5 V, une lampe, un moteur et un interrupteur.
1. Entoure la bonne réponse. Ce circuit est en : série / dérivation
2. L'ampèremètre placé au point 1 indique 0,20 A.
a) Au point 2, il indique : A. b) Au point 3, il indique : A.
c) Coche la phrase juste. En série, l'intensité est :
☐ plus petite après chaque dipôle ☐ la même partout ☐ plus grande à la fin
3. Nora mesure les tensions.
| Tension de la pile | Tension aux bornes de la lampe | Tension aux bornes du moteur |
|---|---|---|
| Upile = 4,5 V | Ulampe = 2,8 V | Umoteur = ? |
a) Complète la loi : en série, les tensions s'ajoutent. Upile = Ulampe +
b) Complète le calcul :
4,5 = 2,8 + Umoteur
Umoteur = 4,5 − = V
1. Série : il n'y a qu'une seule boucle, aucun nœud (1 pt).
2. a) 0,20 A. b) 0,20 A. c) La même partout : en série, il n'y a qu'un chemin, tout le courant passe par chaque dipôle. 0,5 pt par réponse.
3. a) Upile = Ulampe + Umoteur (1 pt).
b) Umoteur = 4,5 − 2,8 = 1,7 V (1,5 pt : 0,5 pt pour 2,8 ; 1 pt pour 1,7 V avec l'unité).
C4 · Dans une maquette de maison, deux lampes sont branchées sur un générateur de 6 V.
| Ampèremètre A1 (branche de L1) | Ampèremètre A2 (branche de L2) |
|---|---|
| I1 = 0,30 A | I2 = 0,20 A |
1. a) Compte les nœuds du circuit : nœuds.
b) Entoure : ce circuit est en série / dérivation.
2. En dérivation, les intensités s'ajoutent. Complète le calcul de l'intensité I dans la branche principale.
I = I1 + I2 = + = A
3. On ajoute une troisième branche avec une lampe L3. Elle est traversée par I3 = 0,20 A.
a) Coche. L'intensité dans la branche principale : ☐ augmente ☐ diminue ☐ ne change pas
b) Complète : I = 0,30 + 0,20 + 0,20 = A
1. a) 2 nœuds (les deux gros points). b) Dérivation : il y a des nœuds, donc plusieurs boucles. 0,5 pt chacun.
2. I = 0,30 + 0,20 = 0,50 A (1 pt pour les bons nombres, 1 pt pour le résultat avec l'unité).
3. a) Elle augmente : plus il y a de branches, plus l'intensité de la branche principale est grande (1 pt).
b) I = 0,30 + 0,20 + 0,20 = 0,70 A (1 pt).
C5, C6 · Mme Leroy est plombière. En hiver, sur un chantier, elle mange dans son fourgon. La batterie du fourgon donne une tension de 12 V. Sur la prise 12 V, elle branche un adaptateur triple. La prise est protégée par un fusible de 15 A.
| Appareil | Ce que l'on sait |
|---|---|
| Couverture chauffante (une résistance chauffante) | R = 2,4 Ω |
| Bouilloire 12 V (une résistance chauffante) | R = 1,5 Ω |
| Lampe baladeuse | I = 3 A |
1. La couverture reçoit U = 12 V. Complète le calcul de l'intensité qui la traverse.
I = U ÷ R = 12 ÷ = A
2. Elle allume la couverture et la lampe baladeuse. Les appareils sont en dérivation : les intensités s'ajoutent.
a) Intensité dans le fusible : I = 5 + 3 = A
b) Le fusible est de 15 A. Coche. ☐ Le fusible coupe le courant. ☐ Le fusible ne coupe pas.
3. Elle branche aussi la bouilloire. La bouilloire est traversée par 8 A.
a) Intensité dans le fusible : I = 5 + 3 + 8 = A
b) Coche. ☐ Le fusible coupe le courant. ☐ Le fusible ne coupe pas.
4. Coche la phrase juste. Le fusible sert à :
☐ faire chauffer la bouilloire plus vite.
☐ couper le courant quand l'intensité est trop grande, pour que les fils ne chauffent pas.
☐ augmenter la tension de la batterie.
1. I = 12 ÷ 2,4 = 5 A (0,5 pt pour 2,4 ; 1 pt pour 5 A).
2. a) I = 5 + 3 = 8 A (1 pt). b) 8 A est plus petit que 15 A : le fusible ne coupe pas (0,5 pt).
3. a) I = 5 + 3 + 8 = 16 A (0,5 pt). b) 16 A est plus grand que 15 A : le fusible coupe le courant (0,5 pt).
4. Il sert à couper le courant quand l'intensité est trop grande, pour que les fils ne chauffent pas (risque d'incendie) (1 pt).
C1, C2, C5 · Lina veut mesurer la tension aux bornes d'une résistance et l'intensité qui la traverse. Sur son schéma, les deux appareils de mesure sont cachés par un « ? ».
1. L'appareil 1 est-il un ampèremètre ou un voltmètre ? Et l'appareil 2 ? Justifie avec le branchement.
2. Sur quelles bornes du multimètre Lina branche-t-elle les fils de l'appareil 1 ? et ceux de l'appareil 2 ?
Appareil 1 : bornes Appareil 2 : bornes
3. L'écran de l'appareil 1 affiche 0.15 et celui de l'appareil 2 affiche 4.50. Écris les deux mesures avec leur lettre et leur unité.
4. Calcule la résistance R avec la loi d'Ohm.
1. L'appareil 1 est un ampèremètre : il est dans la boucle, en série ; le courant le traverse. L'appareil 2 est un voltmètre : ses deux fils sont sur les deux bornes de la résistance, en dérivation. 0,75 pt par appareil (nom + justification).
2. Appareil 1 : COM et 10A. Appareil 2 : COM et V. 0,5 pt chacun.
3. I = 0,15 A et U = 4,50 V. 0,5 pt chacun.
4. Je cherche R : R = U ÷ I = 4,50 ÷ 0,15 = 30 Ω. Formule 0,5 pt ; calcul 0,5 pt ; résultat avec l'unité 0,5 pt.
C3, C5 · Pour un feu de maquette, Hugo branche en série deux lampes identiques L1 et L2 et une résistance R sur un générateur de 6,0 V.
| Générateur | Lampe L1 | Lampe L2 | Ampèremètre A |
|---|---|---|---|
| Ugén = 6,0 V | U1 = 2,0 V | U2 = 2,0 V | I = 0,20 A |
1. Quelle est l'intensité du courant qui traverse la résistance R ? Justifie.
2. Calcule la tension UR aux bornes de la résistance. Écris la loi que tu utilises.
3. La résistance porte l'inscription « 10 Ω ». Avec la loi d'Ohm U = R × I, calcule la tension attendue à ses bornes. Est-ce cohérent avec la question 2 ?
4. Théo dit : « Après les deux lampes, il reste moins de courant pour la résistance, car les lampes en ont utilisé. » A-t-il raison ? Explique.
1. I = 0,20 A : en série, l'intensité est la même partout (0,5 pt la valeur, 0,5 pt la justification).
2. En série, les tensions s'ajoutent : Ugén = U1 + U2 + UR.
6,0 = 2,0 + 2,0 + UR, donc UR = 6,0 − 2,0 − 2,0 = 2,0 V. Loi 1 pt ; calcul et résultat avec l'unité 1 pt.
3. U = R × I = 10 × 0,20 = 2,0 V. C'est la valeur trouvée à la question 2 : c'est cohérent. Calcul 0,5 pt ; comparaison 0,5 pt.
4. Non. En série, il n'y a qu'un chemin : l'intensité ne « s'use » pas, elle vaut 0,20 A avant, entre et après les lampes. Ce qui se partage, c'est la tension du générateur (1 pt).
C1, C4 · Dans l'atelier du collège, une maquette d'éclairage contient trois lampes branchées sur un générateur de 12 V.
| Ampèremètre A (branche principale) | Ampèremètre A1 (branche de L1) | Ampèremètre A2 (branche de L2) |
|---|---|---|
| I = 1,2 A | I1 = 0,5 A | I2 = 0,4 A |
1. Les trois lampes sont-elles en série ou en dérivation ? Justifie avec le schéma.
2. Calcule l'intensité I3 qui traverse la lampe L3. Écris la loi que tu utilises.
3. On veut vérifier I3 par une mesure. Où faut-il placer un ampèremètre ? Comment le branche-t-on ?
4. On dévisse la lampe L1. Les autres lampes brillent toujours de la même façon. Que va indiquer l'ampèremètre A ? Justifie par un calcul.
1. En dérivation : il y a des nœuds (4 gros points) et chaque lampe est sur sa propre branche, avec sa propre boucle (1 pt).
2. En dérivation, les intensités s'ajoutent : I = I1 + I2 + I3.
1,2 = 0,5 + 0,4 + I3, donc I3 = 1,2 − 0,5 − 0,4 = 0,3 A. Loi 1 pt ; calcul et résultat avec l'unité 1 pt.
3. Dans la branche de L3, juste au-dessus ou au-dessous de la lampe : on ouvre la branche et on met l'ampèremètre dedans, en série avec L3 (bornes COM et 10A). 0,5 pt l'endroit, 0,5 pt le branchement.
4. La branche de L1 est coupée : I1 = 0 A. Les autres intensités ne changent pas : I = 0,4 + 0,3 = 0,7 A. L'ampèremètre A indique 0,7 A (1 pt).
C5, C6 · Mme Leroy est plombière. En hiver, sur un chantier, elle mange dans son fourgon. La batterie du fourgon donne une tension de 12 V. Sur la prise 12 V, elle branche un adaptateur triple. La prise est protégée par un fusible de 15 A.
| Appareil | Ce que l'on sait |
|---|---|
| Couverture chauffante (une résistance chauffante) | R = 2,4 Ω |
| Bouilloire 12 V (une résistance chauffante) | R = 1,5 Ω |
| Lampe baladeuse | I = 3 A |
1. Chaque appareil reçoit 12 V. Calcule l'intensité qui traverse la couverture chauffante.
2. Calcule l'intensité qui traverse la bouilloire.
3. Elle fait marcher les trois appareils en même temps. Calcule l'intensité dans le fusible. Que se passe-t-il ? Explique.
4. Un collègue propose de remplacer le fusible par un fusible de 30 A « pour qu'il ne saute plus ». Pourquoi est-ce dangereux ?
1. I = U ÷ R = 12 ÷ 2,4 = 5 A (formule 0,5 pt ; résultat avec l'unité 0,5 pt).
2. I = U ÷ R = 12 ÷ 1,5 = 8 A (formule 0,5 pt ; résultat avec l'unité 0,5 pt).
3. Les appareils sont en dérivation : les intensités s'ajoutent dans le fusible. I = 5 + 8 + 3 = 16 A (1 pt).
16 A est plus grand que 15 A : le fusible coupe le courant ; plus aucun appareil ne marche. Il protège les fils, qui chaufferaient avec une intensité trop grande (1 pt).
4. Un fusible de 30 A laisserait passer une intensité trop grande pour les fils : ils pourraient chauffer et prendre feu avant que le fusible coupe. On ne remplace jamais un fusible par un plus gros (1 pt).
C1, C2 · Trois élèves veulent mesurer l'intensité du courant qui traverse la lampe. Voici leurs montages.
1. Quel montage est correct ? Pour chacun des deux autres, explique l'erreur.
2. Pourquoi le montage c est-il dangereux ?
3. Dessine à la règle le schéma d'un montage qui mesure en même temps l'intensité qui traverse la lampe et la tension à ses bornes.
4. Pour être plus précis, le professeur fait passer l'ampèremètre sur la borne mA. L'écran affiche 185 (en milliampères). Écris cette intensité en ampères.
I =
1. Le montage a est correct : l'ampèremètre est dans la boucle, en série avec la lampe (0,5 pt).
Montage b : l'ampèremètre est branché aux bornes de la lampe, en dérivation. Il se comporte presque comme un fil : la lampe est court-circuitée (0,5 pt).
Montage c : l'ampèremètre est branché directement aux bornes de la pile (0,5 pt).
2. Dans le montage c, l'ampèremètre relie les deux bornes de la pile presque comme un fil : c'est un court-circuit de la pile. Le courant devient très grand, les fils et la pile chauffent : risque de brûlure et d'incendie, et l'appareil peut être abîmé (1 pt).
3. Barème : ampèremètre dans la boucle 0,5 pt ; voltmètre aux deux bornes de la lampe 0,5 pt ; symboles justes et fils à la règle 0,5 pt.
4. 1 A = 1 000 mA, donc 185 mA = 185 ÷ 1 000 = 0,185 A (1 pt).
C3 · Pour décorer le hall du collège, la classe fabrique une guirlande de 8 lampes identiques branchées en série sur un générateur de 12 V. Chaque lampe est prévue pour fonctionner sous 1,5 V.
1. Calcule la tension aux bornes de chaque lampe. Les lampes brillent-elles normalement ?
2. L'ampèremètre, placé juste après le générateur, indique 0,25 A. Quelle est l'intensité qui traverse la lampe L8, la dernière ? Justifie.
3. Hugo veut mettre 10 lampes identiques au lieu de 8, sur le même générateur. Que va-t-il observer ? Justifie par un calcul.
4. Un groupe mesure la tension du générateur : 12,0 V. Il additionne les tensions mesurées aux bornes des 8 lampes et trouve 11,9 V. La loi d'additivité des tensions est-elle vérifiée ? Explique.
1. En série, les tensions s'ajoutent et les 8 lampes identiques se partagent la tension du générateur : 12 ÷ 8 = 1,5 V par lampe. C'est leur tension prévue : elles brillent normalement. Calcul 1 pt ; conclusion 0,5 pt.
2. 0,25 A : dans un circuit en série, l'intensité est la même partout, même dans la dernière lampe (0,5 pt la valeur, 0,5 pt la justification).
3. 12 ÷ 10 = 1,2 V par lampe. C'est moins que 1,5 V : les lampes brillent plus faiblement. Calcul 1 pt ; conclusion 0,5 pt.
4. Oui : 11,9 V est presque égal à 12,0 V. L'écart de 0,1 V vient des mesures, qui ne sont jamais parfaites (8 mesures additionnées) (1 pt).
C4 · Dans une maquette de maison, deux lampes identiques L1 et L2 et le moteur de la ventilation (VMC) sont branchés en dérivation sur un générateur de 6 V.
| Ampèremètre A (branche principale) | Ampèremètre A1 (branche de L1) | Ampèremètre A3 (branche du moteur) |
|---|---|---|
| I = 0,95 A | I1 = 0,30 A | I3 = 0,35 A |
1. Calcule l'intensité I2 qui traverse la lampe L2.
2. Compare I2 et I1. Ce résultat était-il prévisible ? Explique.
3. On ajoute une quatrième branche avec une lampe L3, identique à L1. Que va indiquer l'ampèremètre A ? Justifie.
4. Quelle est la tension aux bornes du moteur ? Justifie.
1. En dérivation, les intensités s'ajoutent : I = I1 + I2 + I3.
0,95 = 0,30 + I2 + 0,35, donc I2 = 0,95 − 0,30 − 0,35 = 0,30 A. Loi 0,5 pt ; calcul 0,5 pt ; résultat avec l'unité 0,5 pt.
2. I2 = I1 = 0,30 A. C'était prévisible : les deux lampes sont identiques et chacune est branchée directement sur le générateur ; elles fonctionnent de la même façon (0,5 pt la comparaison, 0,5 pt l'explication).
3. L3 est identique à L1 : sa branche est traversée par 0,30 A. Les intensités s'ajoutent : I = 0,95 + 0,30 = 1,25 A. L'intensité de la branche principale augmente (1,5 pt).
4. 6 V : en dérivation, chaque branche est branchée directement sur le générateur ; chaque dipôle reçoit la tension du générateur (1 pt).
C5, C6 · Mme Leroy est plombière. En hiver, sur un chantier, elle mange dans son fourgon. La batterie du fourgon donne une tension de 12 V. Sur la prise 12 V, elle branche un adaptateur triple. La prise est protégée par un fusible de 15 A.
| Appareil | Ce que l'on sait |
|---|---|
| Couverture chauffante (une résistance chauffante) | R = 2,4 Ω |
| Bouilloire 12 V (une résistance chauffante) | R = 1,5 Ω |
| Lampe baladeuse | I = 3 A |
1. Elle fait marcher les trois appareils en même temps. Montre par des calculs que le fusible va couper le courant.
2. Propose-lui une façon d'utiliser ses appareils sans que le fusible coupe. Justifie par un calcul.
3. Le fusible est placé dans la branche principale, en série avec la batterie. Pourquoi cette place lui permet-elle de protéger tous les fils ?
4. Dans un fil abîmé, les deux fils de cuivre se touchent : c'est un court-circuit. Explique avec la loi d'Ohm I = U ÷ R pourquoi l'intensité devient énorme.
1. Couverture : I = U ÷ R = 12 ÷ 2,4 = 5 A (0,5 pt). Bouilloire : I = 12 ÷ 1,5 = 8 A (0,5 pt).
Les appareils sont en dérivation, les intensités s'ajoutent dans le fusible : I = 5 + 8 + 3 = 16 A (0,5 pt).
16 A est plus grand que 15 A : le fusible coupe le courant (0,5 pt).
2. Elle ne fait pas marcher les trois en même temps. Par exemple : bouilloire + lampe = 8 + 3 = 11 A, puis couverture + lampe = 5 + 3 = 8 A. Toute paire d'appareils reste sous 15 A (couverture + bouilloire = 13 A). Une proposition juste avec son calcul : 1 pt.
3. En série, l'intensité est la même partout : le fusible est traversé par tout le courant de la prise, c'est-à-dire la somme des intensités de toutes les branches. Si ce total est trop grand, il coupe tout (1 pt).
4. Le courant passe par un simple fil : il n'est presque plus freiné, la résistance R est presque nulle. Avec I = U ÷ R, diviser 12 V par un nombre très petit donne une intensité énorme : les fils chauffent très vite, d'où le rôle du fusible (1 pt).