3e prépa-métiers | Physique-Chimie | Énergie
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Matériel : un stylo, un crayon à papier et la calculatrice (autorisée). Lis chaque question jusqu'au bout avant de répondre. Écris toujours l'unité à côté du résultat.
C1 · Sous le sèche-cheveux de Sarah, il y a une petite étiquette : la plaque signalétique.
1. Lis la plaque et complète.
a) Le sèche-cheveux fonctionne avec une tension de : V
b) Sa puissance nominale est : W
c) Coche. La puissance, c'est le nombre suivi de : ☐ V ☐ W ☐ Hz
2. Complète les conversions. Rappel : 1 kW = 1 000 W.
a) Sèche-cheveux : 1 800 W = 1 800 ÷ 1 000 = kW
b) Le four de Sarah a une puissance de 2,5 kW : 2,5 kW = 2,5 × 1 000 = W
3. Comparer des puissances.
a) Entoure l'appareil le plus puissant : le sèche-cheveux (1 800 W) / le four (2,5 kW)
b) Range ces quatre appareils du moins puissant au plus puissant.
| Lampe LED | Four | Télévision | Sèche-cheveux |
|---|---|---|---|
| 8 W | 2,5 kW | 100 W | 1 800 W |
< < <
1. a) 230 V : c'est le nombre suivi de V, la tension. b) 1 800 W : c'est le nombre suivi de W. c) W (le watt). 0,5 pt par réponse.
2. a) 1 800 ÷ 1 000 = 1,8 kW. b) 2,5 × 1 000 = 2 500 W. 0,75 pt par conversion.
3. a) Le four : 2,5 kW = 2 500 W, et 2 500 W est plus grand que 1 800 W (1 pt).
b) Tout en W : 8 W ; 100 W ; 1 800 W ; 2 500 W. Lampe LED < télévision < sèche-cheveux < four (1 pt ; 0,5 pt si une seule erreur).
C2 · Au laboratoire du collège, Yanis branche une lampe sur un générateur de 6 V. Il mesure la tension et l'intensité.
| Tension aux bornes de la lampe | Intensité qui traverse la lampe |
|---|---|
| U = 6 V | I = 0,5 A |
1. Complète le tableau des unités.
| Grandeur | Puissance P | Tension U | Intensité I |
|---|---|---|---|
| Unité (symbole) |
2. Complète le calcul de la puissance de la lampe.
P = U × I = × = W
3. À la maison, Yanis fait griller du pain. Le grille-pain est branché sur une prise (U = 230 V). Il est traversé par un courant de 4 A. Complète le calcul.
P = U × I = 230 × = W
1. Puissance : W (watt). Tension : V (volt). Intensité : A (ampère). 0,5 pt par case.
2. P = U × I = 6 × 0,5 = 3 W (0,5 pt par nombre bien placé ; 1 pt pour 3 W).
3. P = 230 × 4 = 920 W (0,5 pt pour 4 ; 1 pt pour 920 W). C'est beaucoup plus que la lampe : le grille-pain chauffe.
C3, C4 · Un soir d'hiver, Inès allume dans sa chambre un radiateur électrique de 2 000 W. Il marche pendant 3 h. Le prix d'un kWh est d'environ 0,20 €.
1. Écris la puissance du radiateur en kW.
P = 2 000 W = 2 000 ÷ 1 000 = kW
2. Complète le calcul de l'énergie utilisée en 3 h.
E = P × t = 2 × = kWh
3. Complète le calcul du coût.
Coût = énergie en kWh × prix d'un kWh = × 0,20 = €
4. Le lendemain, le radiateur marche seulement 30 min.
a) Coche. 30 min, c'est : ☐ 0,30 h ☐ 0,5 h ☐ 3 h
b) Complète : E = 2 × 0,5 = kWh
1. 2 000 ÷ 1 000 = 2 kW (1 pt).
2. E = 2 × 3 = 6 kWh (0,5 pt pour 3 ; 1 pt pour 6 kWh). P est en kW et t en h, donc E est en kWh.
3. Coût = 6 × 0,20 = 1,20 € (0,5 pt pour 6 ; 1 pt pour 1,20 € avec l'unité).
4. a) 0,5 h : 30 min, c'est une demi-heure (30 ÷ 60 = 0,5). b) E = 2 × 0,5 = 1 kWh. 0,5 pt chacun.
C5 · Dans l'atelier de technologie du collège, M. Diallo utilise une multiprise marquée 16 A. Elle est branchée sur une prise murale de 230 V. Voici les appareils de l'atelier (ordres de grandeur courants).
| Appareil | Perceuse | Aspirateur d'atelier | Ponceuse | Radiateur soufflant | Baladeuse LED |
|---|---|---|---|---|---|
| Puissance | 750 W | 1 400 W | 300 W | 2 000 W | 20 W |
1. Complète le calcul de la puissance maximale de la multiprise.
Pmax = U × I = 230 × 16 = W
2. M. Diallo fait marcher en même temps la perceuse, l'aspirateur et la ponceuse.
a) Puissance totale : 750 + 1 400 + 300 = W
b) Coche. ☐ La multiprise est surchargée. ☐ La multiprise n'est pas surchargée.
3. Il a froid. Il ajoute le radiateur soufflant sur la même multiprise.
a) Puissance totale : 750 + 1 400 + 300 + 2 000 = W
b) Coche. ☐ La multiprise est surchargée. ☐ La multiprise n'est pas surchargée.
4. Coche le bon geste.
a) Pour la sécurité :
☐ brancher une deuxième multiprise sur la première.
☐ brancher le radiateur seul, sur une prise murale.
b) Pour économiser l'énergie, le soir :
☐ laisser les appareils en veille toute la nuit.
☐ éteindre la multiprise avec son interrupteur.
1. Pmax = 230 × 16 = 3 680 W (1 pt).
2. a) 750 + 1 400 + 300 = 2 450 W (1 pt). b) 2 450 W est plus petit que 3 680 W : la multiprise n'est pas surchargée (0,5 pt).
3. a) 750 + 1 400 + 300 + 2 000 = 4 450 W (1 pt). b) 4 450 W est plus grand que 3 680 W : la multiprise est surchargée. Les fils chauffent : risque d'incendie (0,5 pt).
4. a) Brancher le radiateur seul, sur une prise murale ; on ne branche jamais une multiprise sur une autre. b) Éteindre la multiprise avec son interrupteur : les appareils en veille utilisent de l'électricité jour et nuit. 0,5 pt chacun.
C1 · Malik regarde les plaques signalétiques de deux appareils de sa cuisine.
1. Relève la puissance nominale de chaque appareil, avec son unité.
Micro-ondes : Grille-pain :
2. Écris la puissance du micro-ondes en W, puis celle du grille-pain en kW. Montre le calcul.
3. Quel appareil est le plus puissant ? Justifie.
4. Malik dit : « La puissance du micro-ondes, c'est 230. » Explique ses erreurs.
1. Micro-ondes : 1,2 kW. Grille-pain : 850 W. C'est le nombre suivi de W ou de kW. 0,5 pt chacun.
2. Micro-ondes : 1,2 × 1 000 = 1 200 W. Grille-pain : 850 ÷ 1 000 = 0,85 kW. 0,75 pt par conversion.
3. Le micro-ondes : 1 200 W est plus grand que 850 W. Il faut comparer dans la même unité : « 1,2 » n'est pas plus petit que « 850 » quand on écrit tout en W (1 pt).
4. 230 est suivi de V : c'est la tension pour fonctionner, pas la puissance (0,75 pt). La puissance est le nombre suivi de W ou de kW : 1,2 kW, soit 1 200 W. Et un résultat sans unité ne veut rien dire (0,75 pt).
C2 · Au laboratoire du collège, Lina teste des lampes du même type sur un générateur de 6 V. Pour chaque lampe, elle mesure la tension U et l'intensité I avec le montage ci-dessous.
| Lampe | Tension U | Intensité I |
|---|---|---|
| L1 | 6,0 V | 0,30 A |
| L2 | 6,0 V | 500 mA |
1. Calcule la puissance P1 de la lampe L1. Écris la formule, le calcul et le résultat avec l'unité.
2. Pour L2, écris d'abord l'intensité en ampères, puis calcule sa puissance P2.
3. Les deux lampes sont du même type. Laquelle brille le plus ? Justifie.
4. Une lampe L3 du même type a une puissance de 2,4 W sous 6,0 V. Calcule l'intensité qui la traverse.
1. P1 = U × I = 6,0 × 0,30 = 1,8 W. Formule 0,5 pt ; calcul 0,5 pt ; résultat avec l'unité 0,5 pt.
2. 500 mA = 500 ÷ 1 000 = 0,5 A (0,5 pt). P2 = U × I = 6,0 × 0,5 = 3 W (1 pt). Attention : 6,0 × 500 = 3 000 serait faux, car I doit être en A.
3. L2 : sa puissance (3 W) est plus grande que celle de L1 (1,8 W). Pour deux lampes du même type, la plus puissante brille le plus (1 pt).
4. Je cherche I : I = P ÷ U = 2,4 ÷ 6,0 = 0,4 A (1 pt).
C3, C4 · Le père de Sofiane fait cuire un gratin dans un four électrique de 2 400 W pendant 45 min. Le prix d'un kWh est d'environ 0,20 €.
1. Écris la puissance du four en kW.
2. Écris la durée de cuisson en heures. Montre le calcul.
3. Calcule l'énergie utilisée par le four pendant la cuisson, en kWh.
4. Calcule le coût de la cuisson. Donne le résultat en euros, puis en centimes.
1. P = 2 400 ÷ 1 000 = 2,4 kW (1 pt).
2. t = 45 ÷ 60 = 0,75 h (1 pt). Attention : 45 min, ce n'est pas 0,45 h.
3. E = P × t = 2,4 × 0,75 = 1,8 kWh. Formule 0,5 pt ; calcul et résultat avec l'unité 1 pt.
4. Coût = 1,8 × 0,20 = 0,36 €, soit 36 centimes. Calcul 1 pt ; résultat en centimes 0,5 pt.
C3, C5 · Dans l'atelier de technologie du collège, M. Diallo utilise une multiprise marquée 16 A. Elle est branchée sur une prise murale de 230 V. Voici les appareils de l'atelier (ordres de grandeur courants).
| Appareil | Perceuse | Aspirateur d'atelier | Ponceuse | Radiateur soufflant | Baladeuse LED |
|---|---|---|---|---|---|
| Puissance | 750 W | 1 400 W | 300 W | 2 000 W | 20 W |
1. Calcule la puissance maximale que supporte la multiprise.
2. M. Diallo fait marcher en même temps la perceuse, l'aspirateur et le radiateur soufflant. La multiprise est-elle surchargée ? Justifie par un calcul.
3. Propose-lui une solution pour utiliser ces trois appareils sans danger. Justifie par un calcul.
4. Le soir, les chargeurs des visseuses restent branchés sur la multiprise. En veille, ils ont ensemble une puissance de 6 W, jour et nuit.
a) Calcule l'énergie qu'ils utilisent en un jour (24 h), en Wh puis en kWh.
b) Propose un geste simple pour éviter cette dépense.
1. Pmax = U × I = 230 × 16 = 3 680 W (1 pt).
2. Les puissances des appareils qui marchent ensemble s'ajoutent : 750 + 1 400 + 2 000 = 4 150 W (1 pt).
4 150 W est plus grand que 3 680 W : oui, la multiprise est surchargée. Les fils chauffent : risque d'incendie (0,5 pt).
3. Par exemple : brancher le radiateur seul sur une prise murale. Sur la multiprise restent 750 + 1 400 = 2 150 W, plus petit que 3 680 W. Toute solution juste avec son calcul : 1 pt.
4. a) E = P × t = 6 × 24 = 144 Wh = 144 ÷ 1 000 = 0,144 kWh (1 pt).
b) Éteindre la multiprise avec son interrupteur le soir, ou débrancher les chargeurs quand les batteries sont chargées (0,5 pt).
C1, C3 · Hugo relève ce qui est écrit sur la plaque signalétique de quatre appareils de la maison.
| Appareil | Ce qui est écrit sur la plaque |
|---|---|
| Bouilloire | 230 V ~ 50 Hz 2,2 kW |
| Aspirateur | 230 V ~ 50 Hz 750 W |
| Four | 230 V ~ 50 Hz 3 kW |
| Lampe LED | 230 V ~ 50 Hz 8 W |
1. Range les quatre appareils du plus puissant au moins puissant. Montre tes conversions.
2. Hugo écrit : « La bouilloire a une puissance de 2,2 W. » Explique son erreur et corrige-la.
3. Combien de lampes LED faut-il allumer pour atteindre la puissance de l'aspirateur ? Justifie par un calcul.
4. Sur la facture d'électricité de la famille, on lit « 280 kWh ». Sur la plaque du four, on lit « 3 kW ». Lequel de ces deux nombres est une puissance ? Lequel est une énergie ? Explique.
1. Tout en W : bouilloire 2,2 × 1 000 = 2 200 W ; four 3 × 1 000 = 3 000 W ; aspirateur 750 W ; lampe 8 W (0,75 pt).
Four > bouilloire > aspirateur > lampe LED (0,75 pt).
2. Il a oublié le « k » : la plaque indique 2,2 kW, et 1 kW = 1 000 W. La bouilloire a une puissance de 2 200 W (1 pt).
3. 750 ÷ 8 = 93,75. Avec 93 lampes, on n'atteint pas tout à fait 750 W (93 × 8 = 744 W). Il faut donc 94 lampes LED (1,5 pt ; 1 pt pour « environ 94 » sans justification de l'arrondi).
4. 3 kW est une puissance : l'unité est le kW, et c'est écrit sur la plaque de l'appareil. 280 kWh est une énergie : l'unité est le kWh, c'est ce que la famille a consommé pendant une durée (0,5 pt chacun).
C1, C2 · Au laboratoire, Sami teste deux lampes du même type avec le montage ci-dessous. Sur le culot de la lampe L1, il lit « 6 V – 3 W ». Pour la lampe L2, il mesure U = 6,0 V et I = 300 mA.
1. Que signifient les indications « 6 V » et « 3 W » de la lampe L1 ? Calcule l'intensité qui la traverse quand elle fonctionne normalement.
2. Calcule la puissance de la lampe L2.
3. Quelle lampe brille le plus ? Justifie.
4. Sami branche ensuite L1 sur une pile de 4,5 V. Il mesure U = 4,5 V et I = 0,4 A. La lampe brille moins. Calcule sa puissance et explique pourquoi elle n'est pas égale à 3 W.
1. « 6 V » est la tension pour fonctionner normalement ; « 3 W » est sa puissance nominale (0,5 pt).
Je cherche I : I = P ÷ U = 3 ÷ 6 = 0,5 A (1 pt).
2. I = 300 mA = 0,3 A (0,5 pt). P2 = U × I = 6,0 × 0,3 = 1,8 W (1 pt).
3. L1 : 3 W est plus grand que 1,8 W. Pour des lampes du même type, la plus puissante brille le plus (1 pt).
4. P = U × I = 4,5 × 0,4 = 1,8 W (0,5 pt). La puissance nominale (3 W) n'est obtenue que sous la bonne tension, 6 V. Sous 4,5 V, la lampe reçoit moins que prévu : sa puissance est plus petite et elle brille moins (0,5 pt).
C3, C4, C5 · Dans le hall d'un immeuble, 6 lampes halogènes de 50 W restent allumées 10 h par jour. Le gardien veut les remplacer par 6 lampes LED de 8 W, qui éclairent à peu près autant. Le prix d'un kWh est d'environ 0,20 €.
1. Calcule l'énergie utilisée chaque jour par les 6 lampes halogènes, en kWh.
2. Calcule l'énergie utilisée chaque jour par les 6 lampes LED, en kWh.
3. Calcule l'économie réalisée en une année (365 jours), en euros.
4. Exprime en joules l'énergie utilisée par une seule lampe LED allumée pendant 1 min.
1. Puissance totale : 6 × 50 = 300 W = 0,3 kW (0,5 pt). E = P × t = 0,3 × 10 = 3 kWh par jour (1 pt).
2. 6 × 8 = 48 W = 0,048 kW. E = 0,048 × 10 = 0,48 kWh par jour (1 pt).
3. Économie par jour : 3 − 0,48 = 2,52 kWh (0,5 pt). Par an : 2,52 × 365 = 919,8 kWh (0,5 pt). En euros : 919,8 × 0,20 ≈ 184 € par an (0,5 pt).
Autre méthode juste : coût par an des halogènes (219 €) moins celui des LED (35 €) ≈ 184 €.
4. 1 min = 60 s. E = P × t = 8 × 60 = 480 J (1 pt).
C2, C4, C5 · Dans l'atelier de technologie du collège, M. Diallo utilise une multiprise marquée 16 A. Elle est branchée sur une prise murale de 230 V. Voici les appareils de l'atelier (ordres de grandeur courants).
| Appareil | Perceuse | Aspirateur d'atelier | Ponceuse | Radiateur soufflant | Baladeuse LED |
|---|---|---|---|---|---|
| Puissance | 750 W | 1 400 W | 300 W | 2 000 W | 20 W |
1. Un matin d'hiver, M. Diallo veut faire marcher en même temps la perceuse, l'aspirateur, la ponceuse et le radiateur soufflant. Montre par des calculs que la multiprise serait surchargée.
2. Calcule l'intensité totale qui traverserait alors la multiprise. Compare-la à l'indication de la multiprise.
3. Propose une organisation sans danger. Justifie par un calcul.
4. Le radiateur soufflant marche 1 h 30 min chaque matin, pendant 120 jours d'hiver. Calcule le coût de ce chauffage pour l'hiver.
1. Puissance maximale : Pmax = U × I = 230 × 16 = 3 680 W (0,75 pt).
Puissance totale : 750 + 1 400 + 300 + 2 000 = 4 450 W (0,75 pt).
4 450 W est plus grand que 3 680 W : la multiprise serait surchargée ; les fils chauffent, risque d'incendie (0,5 pt).
2. I = P ÷ U = 4 450 ÷ 230 ≈ 19,3 A. C'est plus que les 16 A marqués sur la multiprise : on arrive à la même conclusion (1 pt).
3. Par exemple : le radiateur seul sur une prise murale, les autres appareils sur la multiprise : 750 + 1 400 + 300 = 2 450 W, plus petit que 3 680 W. Toute organisation juste avec son calcul : 1 pt.
4. 1 h 30 min = 1,5 h ; 2 000 W = 2 kW. Par matin : E = 2 × 1,5 = 3 kWh. Pour l'hiver : 3 × 120 = 360 kWh. Coût : 360 × 0,20 = 72 € (1 pt ; 0,5 pt si une seule erreur de conversion).